Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Производство отливок из сплавов цветных металлов». Сушко Т.И

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие………………………………………………..... 2 1. Лабораторная работа №1 Плавка, рафинирование и модифицирование

алюминиевых сплавов……………………………………………… 3

1.1.Цель работы…...……………………………………..........3

1.2.Общие сведения………………………………………… 3

1.3.Рафинирование…………………………………………..12

1.4.Модифицирование……………………………………....13

1.5.Порядок выполнения работы…………………...………14

1.6Содержание и оформление отчет о работе…...…….…..15

1.7.Контрольные вопросы…………………………………..16 2. Лабораторная работа №2 Плавка, рафинирование и модифицирование

медных сплавов………………………………………………………17

2.1.Цель работы……………………………………………...17

2.2.Общие сведения…………………………………………17

2.3.Рафинирование…………………………………………..24

2.4.Модифицирование………………………………………25

2.5.Порядок выполнения работы……...……………………26

2.6Содержание и оформление отчета о работе……………26

2.7.Контрольные вопросы…………………………………..27 3. Лабораторная работа №3 Плавка, рафинирование и модифицирование

магниевых сплавов…………………………………………………..28

3.1.Цель работы……………………………………………...28

3.2.Общие сведения…………………………………………28

3.3.Рафинирование…………………………………………..34

3.4.Модифицирование………………………………………35

3.5.Порядок выполнения работы………...…………………38

3.6Содержание и оформление отчета о работе.…………...38

3.7.Контрольные вопросы…………………………………..39 Библиографический список…………………………………40

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Производство отливок из сплавов цветных металлов». Они содержат описание лабораторных работ раздела «Плавка, рафинирование и модифицирование цветных сплавов» на основе алюминия, мадии, магния.

Целью данных лабораторных работ является закрепление теоретических положений, изучение технологических процессов плавки и влияния условий обработки на литейные свойства расплавов, а также структуру сплавов в отливках; все работы выполняются студентами в литейных цехах, на действующем оборудовании предприятия.

В методических указаниях приведены основные теоретические положения, рекомендации по организации процесса плавки, указаны объем и порядок выполнения работ, даны рекомендации по составлению отчетов.

2

1.ЛАБОРАТОРНАЯ ЛАБОТА №1

ПЛАВКА, РАФИНИРОВАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1.1.Цель работы

1.Изучить технологию плавки.

2.Освоить теорию и практику рафинирования модифицирования сплавов.

3.Изучить влияние способов модифицирования на макро- и микроструктуру металла.

1.2.Общие сведения

Алюминиевые сплавы, используемые в технике, делятся на литейные и деформируемые. Первые предназначены для изготовления фасонных отливок, вторые – для производства полуфабрикатов (листов, лент, профилей, труб, штамповок и поковок) методами обработки давлением.

Литейные алюминиевые сплавы подразделяются на пять групп:

I. Сплавы на основе системы алюминий-кремний-магний (силумины): АК12, АК9ч, АК8, АК7ч;

II. Сплавы на основе системы алюминий-кремний-медь: АК5М, АК5М2, АК5М7, АК9М2, АК12М2;

III. Сплавы на основе алюминий-медь: АМ2, АМ4, АМ5;

IV. Славы на основе системы алюминий-магний: АМг4К1, АМг5К, АМг10;

V. Сплавы на основе системы алюминий – прочие компоненты: АК7Ц9, АК9Ц6, ФЦ4Мг.

На практике отливки чаще всего изготавливают из сплавов первой и второй групп. Химический состав определяется по ГОСТ Р 55375 – 2012(ГОСТ 1583 - 89).

3

Наиболее вредной примесью алюминиевых сплавов является железо, образующее хрупкие тройные (Al-Fe-Si) и более сложные фазы, кристаллизующиеся в виде игольчатых кристаллов и «иероглифов», которые снижают пластические свойства сплавов. Нейтрализация вредного влияния железа достигается введением добавок марганца или кобальта насыщаются водородом. Образовавшаяся окисная пленка при перемешивании сплава разрушается, и замешивается в металл. Компактность и чистота исходных шихтовых материалов в значительной мере определяют степень загрязненности сплава неметаллическими включениями. Защита расплава от окисления и насыщения водородом обеспечивается проведением плавки под слоем флюса в слабоокисленной атмосфере. В качестве флюса используется хлориды щелочных металлов (напр., 45 % NaCl; 55% KCl), с добавками фтористых солей (напр. 39 % NaCl; 50 % KCl; 6,6 % Na3AlF6, 4,4 % CaF2). Их количество – около

1 – 2 % от веса шихты. Для сплавов АМг4К1, АМг5К в качестве флюса используется карналлит (MgCl2∙KCl) или его смесь с BaCl2 и CaF2. В случаях, когда применение флюса невозможно, в расплав вводят бериллий (0,03 – 0,05 %).

Особенно вредно влияют на алюминиевые расплавы пары воды. Основные способы защиты расплавленного металла от взаимодействия с парами воды – удаление влаги из футеровки плавильных печей, разливочных устройств, рафинирующих и модифицирующих флюсов путем прокалки и окраски плавильноразливочного инструмента, подогрева, очистки и сушки шихтовых материалов. Тем не менее, при плавке на воздухе алюминиевые расплавы всегда загрязняются оксидами, нитридами, карбидами, включениями шлака и флюса и водородом.

Не металлические включения в алюминиевых расплавах присутствуют в виде крупных частиц и плен, неравномерно распределенных по объему, или в виде тонкодисперсных взвесей, распределенных в объеме относительно равномерно.

Большинство указанных включений, вследствие медленного

4

всплывания при отстаивании расплава, попадает в отливку, образуя в ней несплошности, гидротечи, очаги коррозии, облегчая образование газовых пузырей при охлаждении газонасыщенных сплавов.

В зависимости от масштаба и особенностей производства плавку алюминиевых сплавов ведут в тигельных и отражательных печах работающих на электроэнергии, жидком и газообразном топливе. Наибольшее применение в практике получили индукционные печи промышленной частоты.

Расчет шихты для сплава АК5М. Средний химический состав сплава АК5М показан в таблице 1. Шихту для плавки сплава АК5М необходимо набирать из таких компонентов, которые обеспечат в жидком металле и, следовательно, в отливке требуемое содержание легирующих элементов (кремния, магния и меди) и основы (алюминия), а также не превысят допустимые пределы или суммарную долю содержания примесей.

Количество компонентов шихты (не считан возврата собственного производства) должно быть на единицу больше количества нормируемых химических элементов, по которым проводится расчет шихты. В сплаве АК5М будем рассчитывать требуемое содержание трех химических элементов: кремния, магния и меди, поэтому шихту необходимо набирать из четырех компонентов.

На основе литературных данных и с учетом возможностей базового завода (Воронежский механический завод) выбираем в качестве компонентов шихты материалы следующего химического состава (средние массовые доли): алюминий первичный в чушках технический А85 ГОСТ 11069 - алюминия 99,85 %, силумин первичный в чушках СИЛ-0 ГОСТ 1521 - алюминия 87 %, кремния 13 %; лигатура А1-Сu - алюминия 50 %, меди 50 %; лигатура А1-Мg - алюминия 89 %, магния 11 %.

Далее определяем массовые доли, %, кремния, меди, магния

иалюминия в шихте с учетом угара этих элементов

впроцессе плавки.

В качестве плавильного оборудования принимаем электриче-

5

скую, индукционную тигельную печь с плотной упаковкой шихты в тигле, что имеет место в технологии плавки с «болотом». Содержание любого элемента в жидком металле будет таким же, как и в готовой отливке.

Массовая доля, %, кремния в шихте с учетом угара:

Массовая доля, %, магния в шихте с учетом угара:

Массовая доля, %, меди в шихте с учетом угара:

6

Массовая доля, %, алюминия в шихте с учетом угара:

Расчет массы каждого компонента шихты целесообразно проводить на 100 кг шихты, которые принимаем за 100 %. Вводим обозначения (см. табл. 1): X1, X2, X3, X4, - массы соответственно чушкового первичного алюминия А85, чушкового первичного силумина СИЛ-0, лигатуры Al-Mg и лигатуры Al-Cu в сумме состав-

ляют 100 кг (100 %).

Расчет выполняем аналитическим методом, для чего составляем необходимые уравнения.

7

Сумма масс, кг, всех компонентов шихты выразится уравнением

X1+X2+X3+X4=100. (1.5)

Общая масса, кг, кремния в 100 кг шихты равна

= + + + = , ∙ . (1.6)

Общая масса, кг, меди в 100 кг шихты равна

Общая масса, кг, магния в 100 кг шихты равна

= + + + = , ∙ . (1.8)