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

или кварцем. Тип плавильной печи выбирают с учетом возможности местных перегревов расплава и связанными с этим загрязнением окислами (например, алюминиевые бронзы склонны к окислению, сопровождающемуся загрязнением расплава твердыми дисперсными окислами Al2O3 трудноудаляемыми из расплава) и потерями на испарение легколетучих компонентов (так, латуни нельзя плавить в дуговых печах из-за значительного угара цинка).

При плавке на воздухе медь окисляется. Образующаяся закись (Cu2O) растворяется в жидкой меди. Закись, выделяясь при кристаллизации в виде эвтектики Cu+Cu2O, снижает электропроводность меди. Олово, алюминий, цинк, марганец и другие компоненты, входящие в состав медных сплавов, обладают большим сродством к кислороду; поэтому введение их сопровождается раскислением меди и образованием твердых, жидких и газообразных окислов легирующих элементов. Наиболее нежелательны твердые включения, трудноудаляемые из расплава.

Впроцессе плавки наряду с окислением компонентов сплава происходит также интенсивное насыщение металла водородом.

Сцелью обеспечения высокого качества отливок при плавке осуществляется защита расплава от взаимодействия с газами, рафинирование от вредных примесей, неметаллических включений и газа, а также, в ряде случаев, модифицирование металла. В качестве защитного покрова при плавке сплавов на медной основе широко используют древесный уголь, а также буру, соду, стекольный бой, фториды кальция и магния и другие флюсы. Однако применение защитных покровов не обеспечивает надлежащей защиты металла от окисления.

Вкачестве раскислителя при плавке основной массы медных сплавов применяют фосфор (в виде лигатуры медь-фосфор в количестве 0,1-0,15 °/о массы расплава):

19

5Cu2O + 2Р P2O5 + 10Cu; Cu2O + P2O5 2CuPO3; 6Cu2O + 2Р 2CuPO3 + 10Cu.

Раскисление сопровождается образованием пара фосфорного ангидрида P2O3 и фосфорнокислой соли закиси меди CuPO3 в жидком состоянии. Хорошо раскисленый металл характеризуется светлым мелкозернистым изломом. В качестве примера рассмотрим организацию процесса плавки оловянной бронзы марки Бр05Ц5С5.

Все шихтовые материалы перед планкой должны быть тщательно подготовлены.

Чистые металлы и вторичные сплавы дробятся или разрезаются на куски, удобные для взвешивания и загрузки в печь.

Листовые материалы (листы, полосы, катодная медь) разрезаются на ножницах. Возврат собственного производства должен храниться строго по маркам сплава. Крупный возврат (литники, прибыли и забракованные отливки) по возможности разрезаются на части, удобные для загрузки в печь. Загрязнения на поверхности возврата удаляют дробеструйной очисткой. Стружку, загрязненную маслом, эмульсией и влагой, сушат и обжигают в печах. Для уменьшения угара элементов в процессе плавки рекомендуется мелкие отходы брикетировать.

При расчете шихты встречаются в основном четыре вида сочетаний шихтовых материалов:

1)только из первичных металлов;

2)из первичных и вторичных сплавов и лигатур;

3)из возврата своего производства с применением первичных металлов и лигатур;

4)только из возврата своего производства или только из вторичных сплавов.

На практике чаще всего встречается третий случай. Сплав Бр05Ц5С5 должен содержать по 4-6 % олова, цинка и свинца, ос-

20

тальное - медь. При расчете шихты исходим из среднего содержания этих элементов - 5 %.

Пусть шихта составляется на 60 % свежих металлов и 40 % возврата собственного производства того же сплава. Угар элементов составляет: олова и меди 1 %, цинка и свинца 2 %. Расчет ведем на 100 кг сплава. Для компенсации угара указанных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена: меди на

85∙1/100 = 0,85 кг; олова на 5∙1/100 = 0,05 кг; цинка на 5∙2/100 = 0,1

кг; свинца на 5∙2/100 = 0,1 кг. Представим полученные данные в табл. 2.

В пересчете на плавку массой 500 кг компоненты необходимо взять в следующем количестве, кг:

Шихта, содержащая значительный процент свежих материалов, применяется для выплавки сплава, к которому предъявляются повышенные требования в отношении точности химического состава и высоких механических свойств. Для менее ответственных отливок в качестве шихтового материала применяется вторичная бронза марки Бр05Ц5С5.

Так как в состав шихты обычно входит медь, которая после расплавления должна быть расчислена фосфористой медью (7-10 % Р) до загрузки остальной шихты, то печь перед загрузкой меди следует хорошо разогреть.

Плавка меди ведется быстро, под слоем прокаленного, древесного угля.

Качество раскисление следует проверить по технической пробе: залитый и охлажденный брусок при загибе не должен давать трещин в месте загиба.

Планка оловянной бронзы из свежих - материалов ведется в такой последовательности. После расплавления меди она подогревается до 1150-1170 °С и раскисляется фосфористой медью (-0,3 % от массы меди). Затем добавляют цинк, свинец и олово и нагревают сплав до заданной температуры. При выдаче сплава из печи его дополнительно раскисляют фосфористой медью.

Плавка оловянной бронзы из вторичных - сплавов и собственного возврата с частичной подшихтовкой свежими материалами осуществляется следующим образом. В разогретую печь загружают часть вторичных сплавов и возврата, покрывают слоем дре-

22

весного угля, который после расплавления шихты должен покрыть ровным слоем всю поверхность жидкого сплава. По мере расплавления первоначальной порции шихты в печь вводится частями или полностью остаток шихты. Свежие металлы - медь и никель, применяемые для подшихтовки (например, сплава БрОЗЦ7С5Н1) загружают в печь одновременно с первой порцией шихты, а цинк, свинец, олово вводятся в ванну в конце плавки. После расплавления всей шихты и достижения требуемой температуры, сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2 % от массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом (60 % кальцинированной соды, 33 % плавикового шпата и 7 % буры). Расход флюса составляет 2-3 % от массы шихты. После загрузки флюса сплав нагревают до 1250-1300 °С, выдерживают под флюсом 20-30 мин, периодически перемешивая, затем счищают образовавшийся шлак и сплав выпускают из печи в ковш для разливки по формам. Чтобы избежать попадания шлака в форму, зеркало сплава в ковше покрывают сухим кварцевым песком, тогда шлак делается гуще и легче удаляется с поверхности сплава.

Плавка латуней возможна во всех печах, кроме дуговых, изза опасности перегрева и повышенного угара цинка.

Латуни обычно не склонны к поглощению газа, так как интенсивное испарение цинка при плавке мешает растворению в сплаве водорода.

Шихтой для литейных латуней служат чушки вторичного сплава, а также чистые металлы и возврат производства. Когда плавку производят с применением чистых металлов, взаимодействие сплава с окружающей атмосферой будет мало отличаться от взаимодействия с атмосферой латуней, приготовляемых с использованием вторичных сплавом.

Большинство окислов, образующихся па поверхности ванны расплавленной латуни, там же и остается, так как обладает меньшей плотностью по сравнению с плотностью расплава, (ис-

ключение составляет окись свинца, которая имеет плотность 9,53 г/см3).

23

Технологический процесс плавки кремнистой латуни марки ЛЦ16К4 в индукционной печи с железным сердечником и с применением в качестве шихтовых материалов чистых металлов и возврата производства организуется так. При плавке в качестве покровного флюса используют буру в количестве 0,25 % от массы шихты. Буру в сухом виде загружают одновременно с шихтой (применять древесный уголь при плавке латуни не рекомендуется).

Сначала расплавляется медь; температуру сплава доводят до 1130-1150 °С и производит раскисление меди фосфористой медью (0,3 - 0,4 % от массы меди). Сплав тщательно перемешивают, всплывшие куски лигатуры вновь погружают под зеркало сплава при помощи счищалки. Важно не допустить ошлакования лигатуры, так как, ошлакованная, она растворяться в сплаве не будет. После полного растворения лигатуры производят присадку подогретого до 150-200 °С гипса. Сплав вновь тщательно перемешивают, после чего расплавляется кусковой возврат производства. При температуре 1050-1100 °С сплав готов к заливке форм.

Перед выпуском сплава заливается технологическая проба на "рост" металла, так как латунь марки ЛЦ16К4 чувствительна к газопоглощению. Если сплав в пробе "растет", то производится дегазация, например, продувкой азотом, аргоном; обработкой хлоридами и вакуумированием. Эти же способы наряду с фильтрованием и обработкой флюсами применяют и для очистки от взвешенных неметаллических включений.

Поскольку большинство рафинирующих средств в той или иной мере гигроскопично, необходимым условием их применения является тщательная сушка или переплава.

2.3. Рафинирование

Рафинирование инертными газами осуществляется при температурах расплава 1150-1200 °С. Расход газа 0,25-0,5 м3 на 1 т металла; длительность продувки хори давлении 0,2-0,3 от 5-10 мин.

24