6.2.3 Плавка безоловянных бронз

Технология плавки безоловянных бронз определяется физико-химическими особенностями основного легирующего элемента. Наибольшее распространение в промышленности получили алюминиевые бронзы. Поэтому основное внимание будет уделено плавке этих сплавов.

Плавку алюминиевых бронз можно вести в различных плавильных агрегатах: нефтяных или газовых тигельных и отражательных печах, электрических дуговых или индукционных печах. Отражательные и электрические дуговые печи применяют при больших объемах производства отливок, тигельные печи целесообразно использовать в небольших литейных цехах и участках.

Для тигельных печей обычно выбирают стандартные графитошамотные тигли.

Если до приготовления алюминиевых бронз в печи выплавляли другие сплавы, содержавшие олово, свинец, кремний или цинк, то необходимо провести промывочную плавку меди.

В качестве шихты используют чистые металлы, чушковые бронзы, лигатуры и отходы литейного производства. Стружка и мелкие отходы могут быть использованы только после предварительного переплава. Количество оборотных отходов и чушек переплава стружки известного состава может достигать до 75 %. Если при многократных переплавах содержание примесей и газов достигнет верхнего предела, то производят освежение шихты чистыми металлами.

Из чистых металлов используют катодную медь марок от М00 до М2, алюминий первичный А7, А6 или А5, никель марок Н-2, Н-3,Н-4 и марганец марокМр1, Мр2, Мр3. Железо вводят в виде обрезков мягкой стали (листы, проволока, дробленая стружка). Но все компоненты бронзы рекомендуется вводить в виде двойных или даже тройных лигатур.

Основные трудности при плавке алюминиевых бронз связаны с повышенной склонностью к насыщению водородом и образованию твердых оксидных плен, загрязняющих расплав.

Перед началом плавки печь или тигель тщательно очищают от остатков металла и шлака и нагревают до температуры 600 – 700 °С (до вишнево-красного каления).

В чистый тигель или на под печи загружают медь и железо (если оно входит в состав бронзы). Часть меди рекомендуют оставить до конца плавки. Возвраты и чушки загружают вместе с медью. Медь плавят под покровом из древесного угля. Хорошо просушенный древесный уголь, засыпают на твердую шихту и добавляют в ходе плавки, если открывается зеркало металла. Вместо древесного угля можно использовать флюсы, например флюс, содержащий 90 % битого стекла и 10 % плавикового шпата. В расплавленную и подогретую до 1200 °С медь для раскисления вводят фосфористую медь в количестве 0,3 – 0,4 % от массы.

Чистые металлы (кроме алюминия) вводят перед лигатурами: сначала железо, потом марганец и никель.

Все лигатуры подогревают и загружают в той же последовательности, что и чистые металлы.

При плавке алюминиевых бронз недопустимы высокие перегревы, способствующие образованию оксидов. Введение чистого алюминия в медь сопровождается существенным повышением температуры расплава из-за высокой теплоты растворения. В связи с этим алюминий вводят в несколько приемов, перемешивая сплав после каждой порции. Для снижения перегрева в расплав вводят остатки меди.

Для очистки расплава от включений Al₂О₃ расплав необходимо рафинировать жидкими флюсами из смесей хлористых и фтористых солей щелочных элементов. Наибольший эффект достигается при использовании флюсов, содержащих криолит Na₃AlF₆.

Процесс рафинирования можно ускорить, если расплав вливать в ковш с флюсом, расплавленным в дополнительной флюсовой печи. Очистить расплав можно и хлористыми солями (МnСl₂, С₂Сl₆ и др.), которые вводят графитовым колокольчиком. Его плавными движениями перемещают по всему объему расплава. Всплывающие пузырьки хлористого алюминия смачиваю оксиды и выносят на поверхность в шлак. После обработки в течение 30 – 60 с металл выдерживают в течение 3 – 10 мин для полного всплывания твердых частиц.

Хорошие результаты достигаются и при продувке расплавленной бронзы азотом или аргоном в течение 5 – 7 мин с удельным расходом газа 0,05 л/мин через пористые насадки.

При получении отливок ответственного назначения, и в первую очередь крупных толстостенных отливок, рекомендуется проводить модифицирование ванадием, вольфрамом, бором, титаном или цирконием. Модификаторы вводят в виде лигатур с медью или с алюминием. В количестве 0,05 – 0,15 % при температуре 1200 – 1250 °С.

При разливке алюминиевых бронз по формам большое значение имеет температура расплава. Оптимальные температуры разливки при фасонном литье лежат в интервале 1100 – 1200 °С. При температурах ниже оптимальной на поверхности расплава образуется твердая малопластичная оксидная пленка, которую трудно отделить от расплава. При повышенных температурах растет скорость окисления алюминия и увеличивается количество плен.

Надежным способом удаления твердых неметаллических частиц является фильтрация через сетчатые, зернистые или пористые керамические фильтры. Для зернистых фильтров крошку (5 – 10 мм) магнезита, алунда, фторидов кальция и магния. Толщина слоя от 60 до 150 мм. Перед фильтрацией зернистые фильтры подогревают до 700 – 800 °С.