Типы печей для выплавки цветных сплавов

Алюминиевые сплавы

Алюминий - металл характерно серебристо-белого цвета с малой плотностью и низкой температурой плавления (658ºС).

Сплавы алюминия можно разделить на 2 группы: деформируемые и литейные. К деформируемым алюминиевым сплавам относят большую группу алюминиевомагниевых, алюминиевомарганцевых, алюминиевомадномагниевых и алюминиевокремнистых сплавов, которые подвергаются различным видам деформации. Литейные алюминиевые сплавы – легкие сплавы на алюминиевой основе, содержащие один или несколько легирующих компонентов, предназначенные, как правило, для фасонного литья.

Алюминиевые сплавы легко окисляются при расплавлении, насыщаются водородом (содержание водорода может достигать 0,5-,0 см²сна 100 г металла) и другими неметаллическими включениями.

Порядок загрузки шихтовых материалов: чушковый алюминий, крупногабаритные отходы, отходы литейных и механических цехов (литники, некачественные отливки, брикетизированная стружка и т.п.), переплав, лигатуры (чистые металлы). Компоненты шихты вводят в жидкий металл при температуре, ^оС: 730 (не выше) — стружку и мелкий лом; 740-750 — медь, при 700-740 — кремний, 700-740 — лигатуры; цинк загружают перед магнием к концу плавки. Температура нагрева литейных алюминиевых сплавов не должна превышать 800-830^оС. Обязательной операцией является рафинирование от неметаллических включений и растворенного водорода.

Уменьшение компактности и увеличение удельной поверхности шихтовых материалов оказывают существенное влияние на степень загрязнения алюминиевых сплавов неметаллическими включениями и водородом.

При плавке алюминиевых сплавов, содержащих кремний, следует предусмотреть меры от загрязнения сплавов железом. Перед плавкой необходимо очистить печь (тигель) от остатков шлака предыдущей плавки. Чугунный тигель и плавильный инструмент очищают от следов расплава и окрашивают защитной краской.

При плавке алюминиевых сплавов, содержащих магний, медь и марганец, вначале в печь загружают чушковый алюминий и силумин, затем лигатуры и чушковые отходы. Магний вводят после рафинирования при 720-730^оС с помощью окрашенного колокольчика, после чего сплавы модифицируют и разливают.

Магниевые сплавы

Магний-металл, обладающий характерным серебристо-белым цветом, плотностью 1740 кг/м3 и температурой плавления 651 ^оС. Магниевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные по такому же признаку, как и алюминиевые сплавы.

Плавку литейных магниевых сплавов ведут следующими способами: в стационарных и выемных тиглях и дуплекс — процессом (отражательная печь — тигель или индукционная печь — тигель). Технологии приготовления сплавов этими способами одинаковы, различие состоит в технологии заливки и составах применяемых флюсов.

Шихтовые материалы не должны содержать продуктов коррозии, масла, эмульсии и прочих загрязнений. Отходы (литники, прибыли, бракованные отливки) очищают на дробеструйной установке или переплавляют.

При плавке магниевых сплавов соблюдают следующий порядок загрузки шихтовых материалов: магний (отходы и возврат), лигатуры, алюминий, цинк и кадмий. Добавки церия, кальция и бериллия вводят перед самой разливкой. При переплаве возврата кальций выгорает полностью, что следует учитывать при расчете шихты. После присадки легирующих элементов сплав перемешивают 5-7 мин и отбирают пробы для определения химического сплава. При плавке в стационарных стальных) тиглях их нагревают до 400-500^о с, после чего загружают флюс ВИ2 в количестве 10 % от массы шихты. В расплавленный флюс небольшими порциями загружают нагретые до 120-150^о С шихтовые материалы. Сплав нагревают до 700-720^о С, провод рафинирование и модифицирование. Сплав выстаивается 10-150 мин, из него отбирают пробы и ручными ковшами проводят разливку.

Магниевые сплавы не рекомендуется перегревать выше 750^о С, так как в этом случае образуются выключения нерастворимого нитрида магния (Mg ₃ N ₂), снижающие коррозионную стойкость и пластические свойства отливок из магниевых сплавов.

Магниевые сплавы при температуре плавки поглощают водород (до 30см³каждые 100 г). Для предотвращения взаимодействия магния с печными газами плавку ведут под флюсами или в среде защитных газов.

При приготовлении магниевых сплавов необходимо следить за состоянием поверхности жидкого металла. Если металл начинает гореть, его необходимо засыпать порошкообразным флюсом из пневматического флюсораспределителя.

 

Медь и её сплавы

Медь-металл, характерно красного цвета с плотностью 8940 кг/м3 и температурой плавления 1083 ^оС. В большинстве случаев медь используют для изготовления важнейших конструкционных сплавов – латуни и бронзы.

Медные сплавы плавят в пламенных, дуговых и индукционных печах. Плавка большинства медных сплавов на воздухе сопровождается окислением элементов шихты и растворением водорода. Окисление сплавов, содержащих алюминий, кремний, бериллий, происходит с образованием плотной оксидной пленки на поверхности расплава, которая оказывает влияние на механические свойства отливок. Медные сплавы при затвердевании склонны к образованию газовой пористости (за исключением латуни).Особенно характерной для сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации, в частности для оловянных бронз.

Для защиты от окисления плавку медных сплавов ведут под слоем древесного угля или флюса. Шихту следует загружать в печь, нагретую до 600-700^оC. Сначала загружают медь по частям или полностью. Если в состав входит никель, его загружают вместе с медью. Расплав перегревают до 12000^о и раскисляют фосфористой медью (0,3- 1% массы меди). После перемешивания сплава считают шлаки, в несколько приемов загружают отходы и чушки переплава из стружки, подогретые до 100-1500^о. При температуре расплава 1160-12000^о вводят цинк, олово и свинец.

В нагретую до 700^оC печь загружают медь и железо. Поверхность расплава должна быть покрыта древесным углем или флюсом, содержащим, % (мас. доля): битого стекла 90; полевого шпата 10.

После расплавления шихты при температуре 1200^оC расплав раскисляют фосфористой медью (0,1-0,2 %). Затем вводят лигатуры: медь-марганец, медноалюминиево — железную и т.д. Последней добавляют медно — алюминиевую лигатуру. Если в состав шихты входят чистый никель, марганец и железо, то сначала вводят железо и марганец, а затем никель.

При плавке латуней в качестве шихтовых материалов применяют чушки, возврат, переплав стружки и лигатуры. После подогрева печи в нее загружают чушки и расплавляют их. Сгущают шлак и загружают возврат и переплав; по необходимости подшихтовывают сплав лигатурами.

Плавка титана

Особенность плавки титана и его сплавов обусловлена его химической активностью со всеми газами и огнеупорными материалами, поэтому плавку необходимо вести в вакууме или среде инертных газов. Вакуумную плавку осуществляют в вакуумно -дуговых печах с расходуемым электродом и графитом (медом) гарнисажном тигле или печах электронно — лучевого переплава.

Оптимальная толщина гарнисажа в донной части графитового тигля 50-60 мм и на стенах 12-16 мм.

Плавку титана и его сплавов начинают с укладки гарнисажного графитового или медного тигля до 30 % массы шихты крупнокусковых отходов собственного производства, предварительно прошедших механическую и химическую очитку. Механическая очистка производится в галтовочных барабанах в течении 2-8 ч на глубину до 0,1 мм.

Химическую очитку проводят в растворе составов, г/л: NaOH 600-650; NaNO₂ 50-60 или NaNO 500-700 и NaNO₃ 150-250. Температура раствора 130-145^oС, время обработки 0,5-2 ч. Шихту промывают в теплой и холодной воде, травят в растворе химического состава, мл/л: H_aSO₄ (плотностью 1840 кг/м₃) 60-70 и HF (плотность 1130 кг/м³) 60-140; температура раствора 20^oС, время травления 1,5-2,0ч. После промывки в холодной воде шихту сушат при температуре 110-150^oС.

Между расходуемым электродом и кусковой шихтой зажигается дуга. Плавку металла проводят в вакууме (0,13-1,33 Па). Как только будет получена необходимая масса жидкого металла, его разливают по литейным формам. Угар, элементов составляет % (мас. доля); титана 0,1-0,2; алюминия до 2; марганца до 10-15. Содержание водорода снижается до 0,002-0,003%.

Заключение

В работе был произведен расчет литниково-питающей системы для детали типа «втулка», изготовленной из чугуна СЧ20, и рассчитан оптимальный состав шихты. Предварительно были рассмотрены понятия детали и ее качественных характеристик, примеры разработки технологии и литейные оснастки для деталей типа «крестовина» и «корпус».

Список использованных источников:

 

1. Учебное пособие №1714 – Бауман, Балашова
2. Учебные пособия №460 и №461– Курдюмов, Тэн.
3. «Общая металлургия» - Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М., изд. Академкнига, 2005.
4. Интернет сайты www.opoka.ru
5. www.metal.tj/?Liteinoe_proizvodstvo:Litmze_v_razovye_formy