5. Модифицирование алюминиевых сплавов

Из всех групп алюминиевых литейных сплавов в первую очередь требуют модифицирования силумины. Доэвтектические и эвтектические сплавы (АК12, АК9, АК7, АК12ММгН, и др.) для измельчения выделений эвтектического кремния модифицируют натрием, стронцием, иттрием, сурьмой. Для заэвтектических силуминов (≥13 % Si.) применяют фосфор. Большинство деформируемых сплавов и литейные сплавы системы Al – Mg модифицируют тугоплавкими элементами (Тi, B, Zr, Y и др.). Состав некоторых модификаторов и режимы обработки приведены в табл. 10.

Алюминий и деформируемые алюминиевые сплавы модифицируют с целью измельчения макрозерна, чтобы облегчить последующую обработку давлением. Наиболее оптимальным вариантом является использование тройной лигатуры Al – Ti – В. Базовая лигатура содержит 5 % Ti и 1 % В. Для сплавов, выплавляемых из шихты с большим содержанием отходов, используют ее модификации с меньшим содержанием титана (3% Ti, 1% B и 3% Ti, 0,2% B). Лигатура может быть использована во всех типах плавильных агрегатов, разливочных ковшей и миксеров. Лигатурой можно обрабатывать как весь объем расплава в печи или ковше, так и вести обработку расплава в струе, потоке или кристаллизаторах.

Лигатура Al – Ti – В обеспечивает эффективное измельчение зерна алюминиевых сплавов за счет введения в расплав мелкодисперсных кристаллов диборида титана, служащих центрами кристаллизации. Ввод данной лигатуры приводит к улучшению механических свойств и уменьшению газовой пористости. Лигатура применима и для литейных сплавов. Лигатура поставляется в прутках (проволоки) диаметром 9,5 мм в бухтах или в слитках различного веса. Норма расхода уточняется технологом с учетом конкретных условий производства.

Эти же модифицирующие элементы могут быть внесены в расплав при помощи препарата Зернолит или модификатора № 6 (см. табл. 10), который оказывает дополнительное рафинирующее действие.

Силумины в производственных условиях чаще модифицируют солями натрия. Чистый натрий в производственных условиях уже не применяют из-за большого угара натрия и опасности газонасыщения (натрий содержит много водорода). Различают двойные, тройные модификаторы и универсальные флюсы (соответственно модификаторы 6 – 9 в табл. 10). Тройной модификатор и универсальный флюс имеют меньшую температуру плавления и их вводят при более низкой температуре расплава, что улучшает технико-экономические показатели плавки и уменьшает неблагоприятные последствия перегрева. Обезвоженные модификаторы засыпают на поверхность расплава, и после оплавления замешивают на глубину 50 – 100 мм. В результате взаимодействия с расплавом выделяется натрий:

6NaF + Al = Na₃АlF₆ + 3Na,

который адсорбируется на границах растущих кристаллов кремния и затрудняет их рост. Вследствие этого наступает более глубокое переохлаждение, образуются новые центры кристаллизации и в итоге формируется мелкозернистая структура эвтектики. Металл под двойным модификатором выдерживают 12 – 15 мин, а под тройным 6 – 7 мин. После снятия шлака расплав должен быть разлит по формам в течение 25 – 30 мин. При большей выдержке эффект модифицирования постепенно пропадает из-за выгорания натрия. Малый срок сохранения эффекта модифицирования является главным недостатком натриевых модификаторов.

Хорошими модифицирующими свойствами в отношении эвтектики Al – Si. обладает стронций. Этот элемент выгорает медленнее, чем натрий и эффект модифицирования сохраняется до 5 часов. Вводят стронций в количестве 0,06 – 0,08 % в виде лигатуры алюминий–стронций (10 % Sr ).

К модификаторам длительного действия относятся также сурьма и иттрий (расход 0,15 – 0,3 %). Широкого распространения они пока не получили.

Заэвтектические силумины модифицируют фосфором (модификаторы 11 – 14, табл. 10), чтобы избежать выделения крупных кристаллов первичного кремния.

3.3. Технология плавки некоторых алюминиевых сплавов

Для обеспечения соответствия химического состава и свойств выплавляемых сплавов необходимо соблюдать определенную последовательность загрузки в печь шихтовых материалов. Для всех алюминиевых сплавов применимы следующие общие положения:

1. При проведении плавки на свежих чушковых металлах и лигатурах в первую очередь загружают алюминий, а затем растворяют лигатуры.

2. Если плавка ведется на предварительном чушковом сплаве или на чушковом силумине, то в первую очередь загружают и расплавляют чушковые сплавы, а затем подшихтовывают сплав расчетным количеством алюминия и лигатур.

3. Сильно угорающие элементы (магний, цинк) вводят в последнюю очередь.

4. Если шихта состоит из отходов и чушковых сплавов, то в первую очередь загружают в печь и расплавляют наибольшую составную часть шихты.

5. Если позволяют габариты печи, то вместе загружают те части шихты, которые имеют близкую температуру плавления, например, силумин, отходы, чистый алюминий.

6. Отходы перед плавкой должны быть подвергнуты поверхностной очистке от загрязнений, коррозионной пленки, влаги, масла, формовочных материалов и т.д.

7. Стружка употребляется в шихту только после предварительного переплава, рафинирования и разливки в чушки.

Соблюдение рекомендуемого порядка загрузки позволяет уменьшить угар различных элементов, ускорить процесс плавки и снизить максимальные температуры ведения плавки, что уменьшает насыщение расплава газами и неметаллическими включениями.

При составлении шихты в первую очередь необходимо стремиться к полному использованию собственных отходов и переплава стружки, если это не приведет к превышению допустимого содержания примесей. Бракованные отливки, крупные прибыли и литники (кроме брака по химическому составу) можно добавлять в шихту в неограниченном количестве. Переплав мелких отходов и стружки можно добавлять в шихту до 30 %.

Плавку сплавов повышенной чистоты (АК7пч, АК9пч) для отливок деталей с высокими требованиями по герметичности ведут только с использованием первичных шихтовых материалов.