Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Производство отливок из сплавов цветных металлов». Сушко Т.И
Продолжение табл. 1
Силумин |
|
|
|
|
|
|
первичный в |
|
|
|
|
|
|
чушках |
Х2 |
13,00 |
- |
- |
87,00 |
|
СИЛ-0 |
|
|
|
|
|
|
ГОСТ 1521 |
|
|
|
|
|
|
Лигатура Al- |
Х3 |
- |
50,00 |
- |
50,00 |
|
Cu |
||||||
|
|
|
|
|
||
Лигатура Al- |
Х4 |
- |
- |
11,00 |
89,00 |
|
Mg |
||||||
|
|
|
|
|
||
Угар эле- |
|
1,00- |
0,50- |
2,00- |
0,80- |
|
|
1,50 |
1,00 |
3,00 |
1,00 |
||
ментов |
|
|||||
|
1,25 |
0,75 |
2,50 |
0,9 |
||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
|
|
|
|
|
содержание |
|
5,06 |
1,259 |
0,487 |
92,8 |
|
элементов в |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
шихте |
|
|
|
|
|
Во всех уравнениях уберем знаменатель и получим систему уравнений
X1 + X2 + X3 + X4 = 100;
0X1 + 13X2 + X3 + X4 = 506; (1.9) X1 + X2 + 50X3 + X4 = 125,9;
X1 + X2 + X3 + X4 = 48,7.
В результате решения системы уравнений получим: Х1 = 54,15 кг, Х2 = 38,9 кг, Х3 = 2,52 кг, Х4 = 4,43 кг. Сумма масс компонентов шихты X1 + X2 + X3 + X4 = 54,15 + 38,9 + 2,52 + 4,43 = 100 кг.
Проверим содержание алюминия в 100 кг шихты:
9
, ∙ , + ∙ , + , ∙ , + ∙ , = 93,304 кг.
По расчету получили алюминия в 100 кг шихты 93,304 кг вместо предусмотренных 92,8 кг. Погрешность при расчетах составляем 0,58 %, что является допустимым.
Алюминий первичный в чушках технический А85 |
54,15 кг |
Силумин первичный в чушках СИЛ-0 |
38,9 кг |
Лигатура Al-Cu |
2,52 кг |
Лигатура Al-Mg |
4,43 кг |
В состав шихты могут также входить возврат собственном производства (бракованные отливки, литники, выпоры и т.п.) и переплав мелких отходов в количестве до 60 % от массы шихты.
Если в сплавы вводятся лигатуры, то рассчитывается их количество и содержание алюминия в них. Количество чушкового алюминия находится с учетом последнего.
Приготовление сплава АК12 производят в электрических печах сопротивления, индукционных, нефтяных тигельных, коксовых или газовых горнах, отражательных пламенных.
Перед плавкой печь (тигель) тщательно очищают от остатков шлака и сплава, предыдущих плавок. Чугунный тигель, изложницы и плавильный инструмент (разливочные ковши, мешалки и др.) также очищаются от следов расплава, окалины и окрашены защитной краской во избежание загрязнения сплава железом. Ковши просушивают при температуре 500-700°С.
Шихту загружают в нагретую до 700–750 °С печь (тигель нагревается до красного каления). В печь (тигель) загружают подогретый чушковый силумин и отходы собственного производства. В период расплавления металлов температура в ванне должна быть не более 700°С.
Расчет шихты силумина АК12. Исходными шихтовыми материалами для его приготовления являются чушковый силумин марок СИЛ-0, СИЛ-1, СИЛ-2 и алюминий технической чистоты.
10
Расчет шихты ведется на содержание 11,5 % кремния, остальное алюминий. Угар составляет по 1 %.
Расчет ведется на 100 кг сплава. Для возмещения угара количество алюминия должно быть увеличено на 88,5 ∙ 0,01 = 0,885
кг, кремния на 11,5 ∙ 0,01 = 0,115 кг.
Расчетный состав шихты можно представить в следующем
виде |
Кремний |
Алюминий |
Всего |
|
|
||||
Массовая доля, % |
11,5 |
88,5 |
|
100 |
Масса на 100 кг |
11,5 |
88,5 |
|
100 |
шихты, кг |
|
|
|
|
Угар, % |
1 |
1 |
|
|
Угар, кг |
0,115 |
0,885 |
1 |
|
Расчетный состав |
11,615 |
89,385 |
101,00 |
|
шихты, кг |
|
|
|
|
Определим количество чушкового силумина (СИЛ-0 ГОСТ |
||||
1521-68) (13 % Si). |
х = |
, ∙ |
= 89,35 кг |
|
13 кг – 100 кг |
||||
11,615 - х
Содержание алюминия в силумине составит
89,35 – 11,615 = 77,735 кг Количество чушкового алюминия, которое необходимо вве-
сти в шихту:
89,385 кг – 77,735 кг = 11,650 кг |
|
Таким образом, для выплавки 100 кг сплава АК5М потребу- |
|
ется следующее количество исходных материалов, кг: |
|
Чушковый алюминий |
11,650 кг |
Силумин СИЛ-0 |
89,350 кг |
Всего |
101,00 кг |
11
1.3. Рафинирование
Для рафинирования (очистки от взвешенных неметаллических включений и водорода) алюминиевых литейных сплавов применяют хлористый цинк, хлористый марганец, гексахлорэтан, четыреххлористый углерод и др. MnCl2 предварительно сушится, ZnCl2 переплавляется (для удаления влаги). Введение их в расплав производят с помощью колокольчика: при 700-730 °С - 0,05-0,2 % ZnCl2 или MnCl2; при 740-750 °С - 0,3-0,7 % гексахлорэтана.
При более низких температурах эффективность рафинирования падает, при более высоких — расплав интенсивно окисляется. Погружение колокольчика - на дно расплава; последний перемешивается до прекращения выделения пузырьков. В процессе рафинирования протекает реакция
ЗMnCl2 +2Al 
AlCl3 + ЗMn, 
где AlCl3 - газ, его пузырьки рафинируют расплав от неметаллических включений, водорода. По окончании перемешивания сплав должен отстояться 10-15 мин при 720-730 °С.
Рафинирование флюсованием. Для большинства алюминиевых сплавов используют флюс 47 °/о KCl, 30°/о NaCl, 23°/о Na3AlF6. Для рафинирования алюминиемагниевых сплавов применяют флюсы на основе карналлита; 80-85°/о MgCl2 - KCl, 15-20°/о CaF2(MgF2). Предварительно расплавленные и высушенный флюсы (0,5-1,0 % от веса металла) засыпают на поверхность расплава при 700-750 °С.
Затем флюс в течение 3-5 мин. энергично замешивают в расплав, удаляют шлак и дают расплаву отстояться 10-15 мин. После повторного удаления шлака расплав подают для заливки форм.
Рафинирование расплавов хлоридами и флюсами не обеспечивает необходимой чистоты металла.
12
Продувка газами (азотом или аргоном, гелием, хромом) при |
При температуре модифицирования метами, в случае ис- |
|
температуре 720-730 °С, 5-20 мин (от объема расплава, расход таза |
пользования двойном модификатора, выдерживают 12-15 мин, |
|
0,5-1 м3 на 1 т расплава). |
тройном модификатора 6-7 мин; при этом протекает реакция |
|
Вакуумирование (при давлений 0,13-1,3∙103 Па, 10-30 мин |
|
|
температура 720-740 °С). |
6NaF + Al |
Na3AlF6 + 3Na. |
Фильтрование (через сетчатые, корундовые пластинчатые, |
|
|
зернистые, пористые фильтры). |
Выделяющийся Na производит модифицирующее действие. |
|
Электрофлюсовое рафинирование: пропускание струи ме- |
Образующаяся корочка солей замешивается в расплав. После уда- |
|
талла d = 5-7 мм (температура 700-720 °С), через слой расплавлен- |
ления шлака расплав в течение 20-30 мин разливают по формам. |
|
ного флюса толщиной 100-150 мм. |
Целесообразно модифицировать силумины универсальным флю- |
|
Вакуумная дистилляция - для очистки алюминиевых рас- |
сом (50 % NaCl, 30 % NaF, 10 % KCl,10 % Na3AlF6). |
|
плавов от магния и цинка (при температуре 700-720 °С в вакуум- |
Качество модифицирования оценивают по излому проб и |
|
дистилляторе). Содержание неметаллических включений опреде- |
микроструктуре. Заэвтектические силумины модифицируют фос- |
|
ляют методами химического анализа и отбором технологических |
фором (0,05 - 0,1 %) в виде лигатуры Cu-P или флюсами следую- |
|
проб (проба В.М. Добаткина и В.К. Зиновьева; проба А.Г. Спас- |
щем состава: |
|
ского и Е.Н. Кулагиной). |
а) 20 % красного фосфора, 10 % K2ZrF6, 70 % KCl(1,5-2 % |
|
О содержании газов в расплаве можно судить при помощи |
веса шихты); |
|
вакуум-пробы или методом Дардела - Гудченко. |
б) 58 °/о фосфорнокислом лития, 34 % А1 (порошок), 8 % |
|
|
красного фосфора (0,3-0,4 % веса шихты). |
|
1.4. Модифицирование |
Модифицирование ведется при температуре 780-820 °С, за- |
|
|
тем сплав рафинируют хлористым марганцем и при 780-800 °С за- |
|
Модифицирование - измельчение макрозерна в отливках |
ливают в формы. |
|
введением в расплав небольших количеств (0,05-0,75 % расплава) |
|
|
модифицирующих добавок - титана, циркония, бора, ванадия и др. |
1.5. Порядок выполнения работы |
|
Модификаторы вводят в виде лигатур с А1-Ti-В или медью при |
|
|
температуре 730-780 °С - этот вид модифицирования используется |
1. Рассчитать шихту и количество модификаторов для при- |
|
при литье деформируемых сплавов (В95, Д16). В производствен- |
готовления заданного сплава. |
|
ных условиях алюминиевые литейные сплавы модифицируют со- |
2. Ознакомиться с устройством, работой и технико- |
|
лями натрия. Модифицирование двойным модификатором (67 % |
экономическими показателями плавильном агрегата, используе- |
|
NaF и 33 % NaCl) ведут при 780-810 °С; тройным модификатором |
мом на предприятии для выплавки алюминиевых сплавов. |
|
(62,5 % KaCl 1,25 % NaF, 12,5 % KCl; расплав обрабатывают при |
3. Ознакомиться с технологической документацией по про- |
|
730-750 °С. Модификатор в количестве 1-2 % веса металла ровным |
ведению процесса плавки алюминиевых сплавов. |
|
слоем засыпают на поверхность расплава. |
4. Наблюдать технологический процесс плавки алюминие- |
|
|
вого сплава: подготовку шихты, загрузку, расплавление, рафини- |
|
13 |
|
14 |
рование, модифицирование, взятие технологических проб. Провес- |
|
1.7. Контрольные вопросы |
ти хронометраж плавки. |
|
|
5. При изучении стадий расплавления, рафинирования и |
1 . Какие сплавы называются силуминами? |
|
модифицирования отметить температуру расплава |
2. |
Привести примеры сплавов различных химических сис- |
6. Ознакомиться с методами и средствами контроля по ходу |
тем. |
|
выплавки алюминиевого сплава и методами выявления структуры |
3. |
Модификаторы, их назначение состав; типы. |
Сплава. Ознакомиться с применяемыми материалами: компонен- |
4. |
Какие вещества являются модификаторами для силуми- |
тами шихты, флюсами; модификаторами, их химическим составом, |
нов? |
|
свойствами. |
5. |
Какова технология модифицирования? |
|
6. |
Какова технология рафинирования расплавов? |
1.6. Содержание и оформление отчета о работе |
7. |
Компоненты шихты для выплавка алюминиевых сплавов. |
1. Расчет шихты для выплавки алюминиевого сплава заданного состава.
2. Краткое описание технологии плавки, рафинирования и модифицирования сплава.
3. Описание применяемых методов контроля качества выплавляемого алюминиевого сплава.
4. Оценка эффективности рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов.
5. Перечень и краткое содержание использованной производственной документации.
6. Описание схемы устройства и действия применяемого оборудования, приспособлений.
15 |
16 |
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ПЛАВКА, РАФИНИРОВАНИИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
2.1.Цель работы
1.Изучить технологию плавки, применяемые шихтовые материалы и используемое плавильное оборудование.
2.Освоить теорию и практику рафинирования и модифицирования медных сплавов.
3.Изучить влияние способов модифицирования на макро- и микроструктуру литого металла.
2.2.Общие сведения
Медные литейные сплавы применяют, главным образом, для изготовления антифрикционных, коррозионностойких и износостойких деталей (водяная арматура, подшипники, шестерни, гребные винты и т.п.). Наиболее широко используются простые и специальные латуни, оловянные и безоловянные бронзы. Остальные медные сплавы применяются в литейном производстве в ограниченных масштабах.
Латуни. Для фасонного литья применяют сложнолегированные медноцинковые сплавы; простые латуни используют сравнительно редко. Примеры латуней литейных (ГОСТ 17711-93): ЛЦ16К4, ЛЦ40С, JЩ23А6ЖЗМц2, ЛЦ38Мц2С2. Латуни характеризуются лучшими (в сравнении с бронзами) литейными свойствами; имеют малую склонность к газовой пористости (в процессе плавки они дегазируются парами цинка).
Оловянные бронзы широко используются в случаях, перечисленных выше. Характерная особенность этих бронз - большой интервал кристаллизации (ΔТ = Тликв - Тсолид) достигающий 150-
17
200 °С. Этим обусловлено образование в отливках рассеянной усадочной пористости. Литейные свойства бронз хорошие.
Наиболее вредные примеси - алюминий и кремний; сотые доли процента этих элементов приводят к снижению механических свойств и поглощению водорода при плавке. Механические свойства оловянных бронз определяются содержанием олова: прочность возрастает с увеличением его содержания, а относительное удлинение падает. Влияние прочих элементов: цинк улучшает литейные свойства, свинец - антифрикционные свойства, их обрабатываемость резанием, жидкотекучесть; фосфор повышает износостойкость и улучшает жидкотекучесть. Никель повышает механические свойства и измельчает микроструктуру. Примеры оловянных бронз (ГОСТ 613-79): БрОЗЦ2С5, БрОЗЦ7С5Н1, Бр05Ц5С5,
Бр010Ф1,Бр01ОЦ2.
Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам они превосходят последние. Среди безоловянные бронз наиболее выделяются алюминиевые бронзы (высококоррозионностойки в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, имеют меньший антифрикционный износ). Основное их применение - для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжелонагруженныx шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов и других отливок. Улучшение их механических свойств, а также технологических и эксплуатационных достигается легированием железом, марганцем, никелем и другими элементами.
Железо и марганец повышают механические свойства, устраняют склонность к росту зерна при отжиге; никель повышает износостойкость и коррозионные свойства бронз. Примеры безоловянные бронз (ГОСТ 493-79): БрА9Мц2Л, БрА10Мц2Л, БрА9Ж3Л, БрА10ЖЗМц2, БрАЮЖ4Н4Л. На практике наиболее широко применяют бронзы БрА9Мц2Л и БрА9Ж3Л.
Для плавки медных сплавов используют отражательные, дуговые и индукционные печи, футерованные шамотом, динасом
18