ПЛАВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 6 глава

Латунь для отливки можно получить путем переплава соответствующего чушкового сплава. В этом случае в разогретый тигель печи загружают чушки и крупные собственные отходы. Если на складе имеется стружка или другие мелкие отходы, то для уменьшения угара их перемешивают с флюсом и загружают на расплав. При плавке необходимо использовать защитные покровы.

При плавке многокомпонентных литейных латуней из шихты, содержащей чистые металлы, сначала расплавляют медь, перегревают до 1130 – 1150 ^оС и раскисляют фосфором. Плавку меди нужно вести быстро под древесным углем или под флюсами (см. табл. 15). Вместе с медью можно загрузить лигатуры с тугоплавкими добавками (железо, марганец, никель). Затем в расплав погружают чушки и крупные отходы. Легкоплавкие (алюминий, свинец, олово) и легкоокисляющиеся компоненты (кремний) вводят в конце плавки.

Для удаления неметаллических включений литейные латуни подвергают рафинированию хлористым марганцем. Разливку латуней по формам рекомендуется осуществлять через фильтры.

Наибольшие сложности возникают при плавке кремнистых и алюминиевых латуней.

Кремнистые латуни отличаются повышенной склонностью к поглощению водорода, особенно в присутствии примесей алюминия. Перед началом плавки печь тщательно очищают от остатков металла предыдущей плавки. Если в печи проводилась плавка сплавов, содержащих вредные для кремнистой латуни примеси (например, алюминий или олово в одноименных бронзах), то рекомендуется провести промывочную плавку.

Газонасыщенность резко возрастает при температурах выше 1100 ^оС, поэтому расплавы кремнистой латуни нельзя перегревать и выдерживать при высоких температурах. Плавку ведут под покровными флюсами (№ 5 и 6 в табл. 15) Кремний лучше вводить лигатурой медь – кремний (20 % Si). После расплавления заливается технологическая проба на излом и газонасыщенность. Если излом мелкокристаллический, а поверхность, вогнутая от усадки без наплывов и выпотов, то сплав разливают по формам при температуре 950 – 980 ^оС. Если поверхность выпуклая со следами вздутий, выпотов, то расплав подвергаю дегазации путем продувки азотом или аргоном. При использовании вторичной латуни необходимо отбраковать чушки с белесой поверхность и вздутой поверхностью. Это явные признаки, что латунь содержит примеси алюминия и имеет повышенное содержание растворенного водорода.

Латуни, содержащие алюминий, склонны к пленообразованию. Они не допускают больших перегревов. Лигатуру медь – алюминий вводят только в хорошо раскисленную медь. Плавку ведут под покровным флюсом. Для удаления плен расплав рафинируют хлористыми солями или продувкой газом.

6.2.5. Плавка медноникелевых сплавов

Медноникелевые сплавы по своему составу могут быть приравнены к безоловянным бронзам. Но они имеют и существенные отличия. Так температура плавления гораздо выше, чем у остальных медных сплавов. Температура в плавильной печи может достигать 1350 – 1450 ^оС. при таких температурах выше опасность насыщения кислородом и водородом.

Присутствие в сплавах никеля увеличивает растворимость углерода, что затрудняет выбор огнеупорных футеровок и защитных покровов.

Плавку медноникелевых сплавов можно вести в индукционных тигельных и электродуговых печах. Футеровку предпочтительнее выполнять основной из сухих набивных масс (98 % магнезита и 2 % буры). Можно рекомендовать и высокоглиноземистую футеровку на основе дистенсиллиманита с добавками электрокорунда (40 – 45 %) и 1,5 – 2,0 % борной кислоты. Удобно использовать и графитошамотные тигли. В этом случае сплав не должен перегреваться до температуры выше 1350 ^оС. Лучше выбирать специальные графитошамотные тигли глазурованные изнутри. На поверхности таких тиглей графит отсутствует, и опасность насыщения металла углеродом снижается.

Медноникелевые сплавы готовят из чистых металлов и возвратов до 50 %. Стружку и мелкие отходы рекомендуется предварительно переплавить, разлить в чушки и затем вводить в состав шихты.

Плавка мельхиора. Эти сплавы (МН19, МНЖМц30-1-1) имеют высокую температуру плавления. Необходима защита от окисления и насыщения газами. Если использовать защитные покровы из древесного угля, то содержание углерода превысит допустимые 0,5 %. В связи с этим в качестве защитного покрова рекомендуется применять жидкие флюсы на основе жидкого стекла и буры. Допускается использование комбинированного углеродосодержащего флюса состоящего из 30 – 40 % древесного угля, 45 – 60 % стекла и 10 – 15 % криолита или флюса следующего состава: 16 – 20 % боя графита, 9 – 12 % буры; остальное – бой шамота или графитшамотных тиглей. В контакте с углеродосодержащими покровами расплав должен находиться не более 10 мин.

В тигель сначала загружают никель и железо, и крупные отходы. Затем добавляют чистый марганец или лигатуру Cu – Mn и куски меди. После расплавления расплав перемешивают и проводят раскисление фосфором (0,0005 %), марганцем (0,0015 %), магнием и кремнием (по 0,0015 %). Марганцем раскисляют только мельхиоры, не содержащие марганец в качестве легирующей добавки. Можно использовать в качестве раскислителя лигатуру АМС (24,5 % Al, 5 % Si, 19 % Fe, ост. – Mn). Ее вводят в количестве 0,4 % от массы шихты.

Плавка нейзильбера (МНЦ 15-20) осуществляется при меньших перегревах, чем при плавке мельхиора. Поэтому допускается применение древесного угля. Очередность загрузки шихты такая, как при плавке мельхиора. Цинк вводят последним, после расплавления отходов.

Плавку куниалей (МНА 13-3) также ведут под покровом из древесного угля. Для уменьшения окисления алюминия в покровы добавляют криолит. Алюминий вводят в последнюю очередь небольшими порциями. К этому моменту плавки расплав должен быть раскислен марганцем или комплексными раскислителями.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие печи предназначены специально для плавки меди и медных сплавов?

2. В каких тиглях плавят медь и медные сплавы?

3. Какое влияние на свойства меди оказывает водород?

4. Какая связь между содержанием кислорода и водорода?

5. Как защитить медь от окисления?

6. Назовите основной источник попадания водорода в расплав?

7. Какие раскислители применяют при плавке меди?

8. Какие продукты раскисления легче удаляются из расплава?

9. Для чего используют древесный уголь?

10. Какие покровные и рафинирующие флюсы применяют при плавке медных сплавов?

11. Какие элементы лучше вводить в медные сплавы при помощи лигатур?

12. Как рафинируют и дегазируют медные сплавы?

13. К чему склонны алюминиевые бронзы при плавке?

14. В каких случаях не проводят раскисление?

15. Какие раскислители применяют при плавке медноникелевых сплавов.

16. Почему не рекомендуется использовать покров из древесного угля при плавке мельхиора?

7 ПЛАВКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Никель используется в современной технике как конструкционный и электротехнический материал. Он является основой современных жаростойких, коррозионностойких и жаропрочных сплавов. В настоящее время особенно велика роль жаропрочных сложнолегированных сплавов, идущих на изготовление ответственных деталей и узлов газотурбинных двигателей.

7.1. Физико-химические особенности плавки никелевых сплавов

Плотность никеля 8,9 г/см³, температура плавления 1455 ^оС, температура кипения 2900 ^оС. Наиболее вредными примесями являются сера, кислород и углерод. Эти примеси при кристаллизации выделяются по границам зерен в виде эвтектик Ni – NiS, Ni – NiO и никель – графит. Легкоплавкая эвтектика (645 ^оС) вызывает горячеломкость, а эвтектики Ni – NiO и никель – графит ухудшают пластичность. Также снижают физические, механические и технологические свойства Bi, Pb, P, Cd, Sb и As.

Чистый никель и никелевые сплавы отличаются повышенной склонностью к взаимодействию с газами печной атмосферы. В нем растворяются водород (до 43 см³/100 г), кислород (до 0,5 %) и до 2,5 % углерода. Растворимость газов уменьшается при понижении температуры. При взаимодействии с парами воды происходит одновременное загрязнение никеля кислородом и водородом. Избыточный кислород вступает в химическое взаимодействие с компонентами сплава с образованием оксидных неметаллических включений. Выделение водорода при кристаллизации является основной причиной появления газовой пористости.

Определенные сложности вызывает и выбор огнеупорных материалов для никелевых сплавов, особенно жаропрочных, в состав которых входят до 12 легирующих элементов, в том числе с высокой химической активностью.

Таким образом, при разработке технологии плавки никелевых сплавов необходимо предусматривать защиту от насыщения газами, проведение дегазации, раскисления и рафинирования от неметаллических включений.

7.2. Технологические особенности плавки никелевых сплавов

Для никелевых сплавов можно применить один из следующих технологических процессов плавки:

· плавка в электрических печах (дуговых или индукционных) на открытом воздухе;

· плавка в электрических печах (дуговых или индукционных) в вакууме;

· электрошлаковый переплав слитков открытой или вакуумной плавки;

· плазменная плавка;

· плазменная гарнисажная плавка;

· электронно-лучевая плавка и др.

Чистый никель, жаростойкие и коррозионностойкие никелевые сплавы, а также некоторые марки жаропрочных сплавов, идущих для изготовления малоответственных деталей, можно плавить в открытых индукционных тигельных, индукционных канальных и электродуговых печах.

Современные жаропрочные сложнолегированные сплавы при плавке на открытом воздухе могут интенсивно окисляться с образованием стойких окисных плен, загрязняющих металл. В открытых печах невозможно полностью удалить такие вредные примеси, как кремний, сера и др. Необходимо проведение вакуумной плавки. Наибольшее распространение получили индукционные вакуумные печи. Перспективно также применение различных вариантов дуплекс-процессов с использованием электроннолучевых, электрошлаковых и плазменных способов ведения плавки.

7.2.1. Плавка чистого никеля

В большинстве случаев для плавки чистого никеля выбирают индукционные тигельные или канальные печи, которые обеспечивают высокую скорость нагрева и плавления. Никель для вакуумной техники необходимо плавить в вакуумных индукционных печах.

Футеровка индукционных печей должна быть основная или нейтральная. Набивная футеровка выполняется из плавленого магнезита и 2 % буры или борной кислоты. Можно использовать пластичную массу состава: 80 % магнезита, 8 % жидкого стекла и 12 % воды. Можно использовать графитовые или графитошамотные тигли. Поверхность таких тиглей рекомендуется покрыть магнезитовой обмазкой, чтобы избежать насыщения расплава углеродом и образования карбидов легирующих элементов.

В качестве шихты используют катодный никель марок Н-0 и Н-1 и крупный собственный возврат в количестве до 50 %. Катоды режут на куски с размерами 150 × 150 мм. Листы с шишковатыми наростами, указывающими на повышенное содержание водорода, должны быть отбракованы.

На дно тигля сначала загружают отходы и плавят их под слоем флюса (бой стекла, плавиковый шпат, известь, магнезит). Расход флюсов от 3 до 5 % от массы шихты. При этом толщина слоя составляет 10 – 15 мм. После расплавления отходов начинают вводить катодный никель. Температуру расплава доводят до 1500 -1600 ^оС и приступают к раскислению и десульфурации. Основным раскислителем является углерод. Его вводят с первой порцией шихты в виде графита (бой, стружка и др.) или лигатуры никель-углерод (1,5 – 2 % С). Избыток углерода придает никелю хрупкость. Поэтому при помощи углерода удаляют основное количество кислорода, а его остаток – кремнием, марганцем, магнием. Углерод вводят в количестве 0,05 – 0,1 %, кремний 0,07 – 015 %, марганец 0,05 – 0,2 %, магний 0,05 – 0,1 %. На практике удобнее использовать комплексные раскислители, содержащие все четыре раскислителя в соотношении 1:1,5:1,5:1. Общее количество такого комплексного раскислителя принимают в количестве 0,18 – 0,22 % от массы расплава.

После раскисления металл перемешивают никелевой мешалкой, выдерживают и после небольшой выдержки разливают по формам при температуре 1550 – 1650 ^оС.

Если для плавки используют загрязненную шихту с большим количеством отходов, то примеси удаляют путем окисления. Для этого сдвигают флюс и в расплав вводят закись никеля. После окисления примесей необходимо раскислить расплав комплексным раскислителем. Степень раскисления определяют при помощи технологической пробы. В графитовую форму заливают слиток диаметром 20 мм и наблюдают за его затвердеванием. Если он дает усадку, то металл раскислен. Если наблюдается рост поверхности слитка, то необходимо дополнительное раскисление.

7.2.2. Плавка жаростойких и коррозионно-стойких никелевых сплавов

Эти сплавы можно выплавлять в открытых печах, поэтому технология плавки аналогична технологии плавки чистого никеля. При плавке сплавов в контакте с воздухом происходит окисление расплава и насыщение водородом. Как следствие, металл загрязняется твердыми нерастворимыми включениями оксидов легирующих элементов (TiO₂, Cr₂O, BeO и др.), образуются газовые раковины и пористость в отливках. Для получения наиболее ответственных отливок рекомендуется плавка в вакуумных печах. Для всех прочих сплавов можно использовать открытые индукционные тигельные, индукционные канальные и электродуговые печи

Для предохранения взаимодействия с газами применяют флюсы в количестве от 2 до 5 % от массы расплава. Состав наиболее употребительных флюсов приведен в таблице 16.

Флюсы не дают полной защиты от насыщения расплава водородом. С этой целью можно вести плавку под окислительным шлаком (MnO₂ + CuO + Na₂CO₃ + SiO₂) с последующим раскислением до введения легкоокисляющихся легирующих компонентов. Перед разливкой рекомендуется проведение дегазации продувкой нейтральными или инертными газами.

Таблица 16

Состав флюсов для плавки никелевых сплавов

Для измельчения зерна отливок и повышения уровня эксплуатационных свойств некоторые жаропрочные сплавы подвергают модифицированию присадками бора (0,01 – 0,03 %) и циркония (0,03 – 0,1 %).

При плавке в любых печах сначала загружают никель и крупные кусковые отходы и плавят их под флюсами 1, 2 или 3 (см. табл. 16). Флюсы в дуговые печи вводят отдельными порциями, чтобы уменьшить науглераживание расплава. После полного расплавления вводят лигатуры и чистые металлы и нагревают расплав до полного растворения тугоплавких элементов. Затем проводят рафинирование и раскисление марганцем (0,25 %), алюминием (0,3 – 0,5 %), титаном (0,01 – 0,15 %). Модифицирующие присадки циркония и бора вводят перед разливкой.

7.3. Плавка современных жаропрочных сплавов

Применение чистых шихтовых материалов высших сортов и вакуумная плавка являются необходимыми условиями плавки сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов. Только вакуумная плавка обеспечивает:

- глубокую дегазацию расплава, а, следовательно, высокую чистоту металла от окисных плен и неметаллических включений;

- рафинирование металла от вредных примесей, имеющих высокую упругость пара (Pb, Bi и др.);

- получение стабильного химического состава сплавов;

- введение в расплав высокоактивных модификаторов (Ce, Y, Zr и др.).

При производстве фасонных отливок из жаропрочных сплавов широко применяют дуплекс-процессы, когда на первом этапе получают шихтовые заготовки с заданным химическим составом, которые затем переплавляют, рафинируют, модифицируют и разливают по литейным формам.

7.3.1. Физико-химические особенности плавки в вакууме

Создание в плавильной камере глубокого вакуума от 1,33 до 0,133 Па (10^-2 – 10^-3 мм рт. ст.) существенно влияет на протекание физико-химических процессов при плавке никелевых сплавов.

Одной из наиболее важных задач при плавке никелевых сплавов является проведение раскисления. В вакууме в качестве раскислителей удобнее использовать вещества, которые приводят к образованию газообразных продуктов раскисления. Таким раскислителем для никеля является углерод. При взаимодействии углерода с кислородом образуются пузырьки СО и СО₂, нерастворимые в расплаве, которые всплывают и переходят в газовую фазу. Всплывающие пузырьки захватывают растворенные в металле водород и азот, а также неметаллические включения, т.е оказывают рафинирующий эффект.

Раскислительная способность углерода зависит от парциального давления СО в газовой фазе. Чем ниже давление, тем выше раскислительная способность углерода. Однако эта зависимость справедлива только при понижении давления от атмосферного до 1·10³ (7,6 мм. рт. ст.). При дальнейшем понижении давления вплоть до 0,1 Па (7,6·10 ^-4 мм. рт. ст.) возрастает скорость перехода кислорода в металл из плавильного тигля.

При плавке в магнезитовом тигле некоторые компоненты расплава (особенно хром) взаимодействуют с оксидами футеровки тигля. Тигель постепенно разрушается, а металл загрязняется металлическими и неметаллическими примесями. Углерод, кроме раскисляющего действия, будет вступать в реакции с магнезитом и восстанавливать магний. Это и приводит к снижению раскислительной способности углерода.

Вакуумная плавка позволяет провести рафинирование от примесей таких металлов, как олово, свинец, сурьма и висмут, снижающих жаропрочность сплавов, так как они образуют легкоплавкие эвтектики или интерметаллиды. В вакууме эти примеси легко испаряются. Влияние вредных примесей может быть устранено и введением в расплав компонентов, которые образуют с ними более тугоплавкие соединения, например церия.

7.3.2. Печи для плавки и заливки никелевых сплавов

Для плавки и заливки никелевых сплавов в настоящее время используют сложные плавильно – заливочные устройства (ПЗУ), в состав которых входят собственно печи и различные вспомогательные устройства. Входящие в состав ПЗУ, вакуумные печи могут быть периодического и полунепрерывного действия.

В печах периодического действия после каждой плавки проводится разгерметизация камеры и извлекается залитая форма. После этого проводится очистка камеры и плавильного тигля. В тигель загружается шихта, а в камеру устанавливается литейная форма. После закрытия камеры печи, в ней создают вакуум, производят плавку и заливку формы.

Такие печи имеют низкую производительность. После разгерметизации камеры, на ее поверхности и на стенках тигля адсорбируется влага. Остаток металла в тигле окисляется с поверхности. Расплав в печах периодического действия может быть загрязнен окисными пленами, газами и примесями.

В печах полунепрерывного действия производится несколько плавок без нарушения вакуума. Число плавок определяется стойкостью материала тигля. Установка форм и загрузка шихты в таких печах осуществляется при помощи шлюзовых устройств, которые отделены от плавильной камеры печи шиберами. Пока в плавильной камере идет плавка в загрузочных камерах при атмосферном давлении производят подготовку следующих литейных форм и заполняют корзины шихтой. После окончания предыдущей плавки плавильная камера перекрывается шибером, а залитая форма остается в загрузочной камере до полного охлаждения. В другой, заранее подготовленной камере, собственными насосами создается вакуум, как в плавильной камере. Плавильная камера соединяется с загрузочной, открываются шиберные затворы, и производится следующая плавка.

Печи полунепрерывного действия имеют неоспоримые преимущества перед печами периодического действия:

- высокая производительность установок, так как не нужно перед новой плавкой вновь создавать вакуум в плавильной камере;

- повышенная стойкость огнеупорных тиглей, которые не испытывают многократных температурных колебаний, неизбежных при открывании плавильных камер в печах периодического действия;

- стенки тигля меньше пропитываются окислами металлов, остающихся после плавки и окисляющихся атмосферным воздухом при снятии вакуума в печах периодического действия, что уменьшает загрязнение расплава при следующих плавках.

Чтобы полнее реализовать перечисленные преимущества необходимо поддерживать высокий вакуум (не менее 1,33 Па) в плавильной камере. Для этого в плавильно-заливочном устройстве должны быть надежные уплотнения всех соединительных устройств и вакуумных шиберных затворов. Величина натекания воздуха (количество воздуха попадающего в камеру в единицу времени при отключенных насосах) должна быть минимальной. В результате большого натекания воздуха в камеру в расплаве растет число окисных плен. Тигель должен быть химически стойким к расплаву, тугоплавким, прочным и не хрупким, а также обладать стойкостью к тепловым ударам. Перед началом первой плавки тигель необходимо тщательно прокалить с целью его полной дегазации.

В настоящее время для плавки никелевых сплавов используют как печи периодического действия (ИСВ-0,01, ИСП-0,016, ИСВ-0,06, ВПЗА-15/50) так и печи полунепрерывного действия (ВИАМ 100, ОКБ-694, ИСВ- 0,025, ВИАМ-24, УППФ-3М, УППФ-4, УВП-4). Схема плавильно-заливочной установки УППФ-3М с печью полунепрерывного действия приведена на рис. 37.

Кроме основных элементов ПЗУ на рис. 37 показаны дополнительные приборы управления: N1, N2– ; N3– вакуумные насосы; V1, V2, V3, V4, V5– затворы вакуумные; V6, V8 – клапаны вакуумные для пуска воздуха; V7, V9– клапаны вакуумные для выравнивания давления; V10– клапан предохранительный

Рис. 37. Схема плавильно-заливочной установки УППФ-3М: 1–камера загрузочная; 2– печь подогрева форм; 3– электроподвод; 4– затвор вакуумный; 5– механизм подачи форм; 6– пульт пирометриста; 7– устройство загрузочное; 8– камера плавильная; 9– печь индукционная; 10– крышка задняя; 11– площадка обслуживания; 12– путь рельсовый; 13– лестница; 14– система водоохлаждения; 15– тележка; 16– батарея конденсаторная; 17 пневмоподвод; 18– преобразователь тиристорный; 19– механизм поворота тигля; 20– шкаф силовой; 21– токоподвод; 22– токоподвод печи; 23– глазок; 24– шкаф управления; 25– пульт плавильщика; 26– гидроразводка

7.3.3. Технология плавки жаропрочных никелевых сплавов

Высокие температуры плавления и перегрева никелевых сплавов (1550 – 1650 ^оС) предъявляют повышенные требования к материалу и качеству плавильных тиглей. Для плавки жаропрочных сплавов рекомендуется применять магнезитовые тигли, полученные изостатическим прессованием.

Обычный способ составления шихты из различных первичных и вторичных компонентов и ввода их в плавильный тигель в любое время по ходу плавки в вакуумных печах не пригоден. Необходимо, чтобы все части шихты, в том числе раскислители, рафинирующие и модифицирующие добавки, были загружены в тигель перед началом плавки. В дальнейшем без нарушения вакуума невозможно повлиять на состав выплавляемого сплава. Для удобства ведения плавки в вакуумных печах в качестве шихты используют так называемую мерную шихтовую заготовку, выплавленную в вакуумных печах. Допускается и частичный переплав отходов собственного производства. Шихтовую заготовку выплавляют по той же технологии, которая применяется для получения рабочих сплавов и будет описана ниже. Разливку сплавов для шихтовой заготовки осуществляют под вакуумом в кокиль. После получения положительного результата по химическому составу, шихтовую заготовку режут на мерные куски по массе.

Из кусков шихтовой заготовки и собственных отходов и формируется порция шихты для дальнейшего переплава и заливки в литейную форму. Масса шихты должна быть равной металлоемкости формы с учетом угара (без остатка в тигле).

Перед плавкой ПЗУ необходимо подготовить в соответствии с рекомендациями, которые входят в комплект технической документации, поставляемой вместе с установкой. Особое внимание уделяется очистке внутренних поверхностей плавильных камер и деталей, находящихся в ней. Их очищают щетками и пылесосом от возгонов и пыли, промывают бензином и протирают этиловым техническим спиртом с помощью хлопчатобумажных салфеток, не оставляющих ворса.

При каждом открытии плавильной камеры производится осмотр состояния плавильного тигля. При обнаружении трещин и износе стенки более чем на половину, необходимо произвести замену тигля.

Загрузка шихты на первую плавку производится вручную при открытой плавильной камере. Загрузка шихты для последующих плавок и раскисление сплава в печах полунепрерывного действия осуществляется при помощи загрузочного устройства без нарушения вакуума.

Плавка металла начинается только при достижении вакуума в плавильной камере 6,65·10^-1 Па (5·10^-3 мм рт. ст). Плавление шихты и перегрев расплава ведутся форсированно при полной мощности печи. Температура металла в тигле контролируется оптическим пирометром. При достижении заданной температуры, которая зависит от состава сплава и стойкости тигля, производится раскисление расплава. Раскислители (углерод, лигатура Ni – C) вводятся загрузочным устройством через камеру загрузки шихты. При использовании качественной хорошо раскисленной шихтовой заготовки дополнительное раскисление можно не проводить.

Одновременно с плавлением ведется подготовка к заливке литейной формы. Керамическая литейная форма прокаливается при температуре не менее 950 ^оС, помещается в короб из жаростойкой стали и засыпается огнеупорным наполнителем. Короб с формой устанавливается в печь подогрева ПЗУ через загрузочную камеру. Допускается заливка керамических форм и без наполнителя, если они выдерживают напор жидкого металла.

Температура формы перед заливкой контролируется путем замера температуры в печи подогрева. Это возможно только через 5 – 10 мин, когда температура формы сравняется с температурой в печи подогрева. Современные ПЗУ позволяют нагревать формы до температуры 1200 ^оС. Температура формы перед заливкой указывается в технологической карте. Она зависит от марки сплава и категории сложности отливки.

Заливка форм производится при отсутствии плен на поверхности расплава. В этом случае производится «разгон плен». На индуктор подается максимальная мощность для разогрева металла. Покачивая тигель, плены отгоняют к задней стенке тигля. После этого осторожно сливают металл в форму, не допуская выплесков на ее стенки. Температуру расплава перед разливкой контролируют термопарой погружения при помощи специального механизма погружения. Горячий спай термопары защищают наконечником из огнеупорного материала. Залитую форму выдерживают в печи подогрева не менее 5 минут и извлекают в загрузочную камеру.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие сплавы необходимо плавить в вакуумных печах?

2. Материал огнеупорных футеровок для никелевых сплавов.

3. Что входит в состав покровных флюсов при плавке никелевых сплавов?

4. Какие газы могут растворяться в никелевых сплавах

5. Чем раскисляют никелевые сплавы?

6. Как производят «разгон плен»

7. Преимущества печей полунепрерывного действия

8. В чем причины сложной технологии плавки жаропрочных никелевых сплавов?

9. Что такое шихтовая заготовка?

10. При каком остаточном давлении ведут плавку жаропрочных сплавов?

11. Как контролируют температуру: в плавильной камере; расплава при заливке; формы?

12. Что такое натекание?

8. ПЛАВКА ЦИНКОВЫХ СПЛАВОВ

Цинковые сплавы делятся на литейные (ГОСТ 25140 – 93) и антифрикционные (ГОСТ 21437 – 95). В их основе две базовые системы: двойная Zn – Al (сплавы ЦА4о и ЦА4) и тройная Zn – Al – Cu (сплавы ЦА4М1о, ЦА4М1, ЦА4М1в ЦА4М3о и ЦА4М3). Все цинковые сплавы содержат малую добавку магния для подавления эвтектоидного распада, приводящего к росту отливок – увеличению размеров при эксплуатации.

Литейные сплавы наиболее широко используются в автотракторной промышленности, электротехнике и бытовой технике. Из них отливают корпуса карбюраторов, магнето, бензонасосов и др. детали.

8.1. Физико-химические особенности плавки цинковых сплавов

Цинк легко окисляется, особенно в присутствии паров воды. Так как в состав сплавов входит алюминий, то на поверхности расплава образуется пленка шпинели ZnAl₂O₄ (ZnО·Al₂O₃). При перемешивании и разливке пленка попадает в расплав, а затем и в тело отливки. Образовавшаяся оксидная плена вначале тормозит окисление, но при повышении температуры защитные свойства теряются.

Кроме ZnAl₂O₄ в цинковых сплавах можно обнаружить и другие твердые неметаллические включения. В первую очередь это SiO₂ и 3Al₂O₃·2SiO₂. При насыщении железом в сплавах с алюминием образуется интерметаллидная твердая фаза FeAl₃. Суммарное содержание оксидных включений находится в пределах от 0,2 до 0,6 % (объемн.), а интерметаллидов от 0,2 до 1,5 % (объемн.). До 90 % всех оксидных включений приходится на долю ZnAl₂O₄. Микротвердость ZnAl₂O₄ в 2 – 3 раза выше микротвердости матрицы. Еще более твердыми (в 7 – 10 раз) являются интерметаллиды. Твердые включения резко ухудшают обрабатываемость резанием и увеличивают шероховатость поверхности, поэтому сплавы необходимо рафинировать и не допускать насыщения железом.