Особенности плавки алюминиевых сплавов

10 сентября Особенности плавки алюминиевых сплавов

Особенности плавки алюминиевых сплавов

Плавка большинства алюминиевых сплавов не представляет особой сложности. Легирующие компоненты, за исключением магния, цинка и, в некоторых случаях, меди, вводятся в виде лигатур.
Как правило, при плавке небольших партий литейных сплавов в тигельных печах защитные флюсы не используются. Обязательной операцией является удаление неметаллических включений и растворенного водорода. Наиболее сложными для плавки являются алюминиево-магниевые и многокомпонентные жаропрочные сплавы.

При плавке кованых сплавов особое внимание уделяется очистке печи от шлака и сбору остатков предыдущей плавки.
При переходе на другой сорт сплава, помимо переходных плавок, печь и смесители промываются для удаления остатков старого сплава.
Количество металла для промывки должно составлять не менее четверти вместимости печи.
Температура металла во время промывки поддерживается на уровне 40–50 °C выше температуры литья сплава до начала промывки.
Для ускорения процесса очистки металл в печи интенсивно перемешивается в течение 8–10 минут.

Для промывки используется алюминий или переплавка. В тех случаях, когда металл из печи полностью сливается, можно ограничиться промывкой с использованием флюсов. Сплавы, подвергаемые плавке, погружаются в расплав
Загрузочные материалы загружаются в следующем порядке: алюминиевая лом, крупногабаритные отходы, материалы для переплавки, лигатуры (чистые металлы).
В расплавленный металл, температура которого не превышает 730 °C, допускается загрузка сухих стружек и мелкого лома.
Медь вводят в расплав при температуре 740–750 °С, кремний — при 700–740 °С с помощью колокола.
Цинк загружается раньше магния, который обычно вводится перед разливкой металла. Максимально допустимый перегрев для литейных сплавов составляет 800–830 °C, а для кованых сплавов — 750–760 °C.
В воздухе алюминий в расплавленном состоянии окисляется. Основными окислителями являются кислород и водяной пар. В зависимости от температуры и давления этих газов, а также от кинетических условий взаимодействия, в результате окисления алюминия образуются оксид алюминия Al₂O₃, а также Al₂O и AlO.
Вероятность образования увеличивается с ростом температуры и снижением парциального давления кислорода в системе.
В нормальных условиях плавления термодинамически устойчивой фазой является γ-Al₂O₃ — твердый оксид алюминия, который не растворяется в алюминии и не образует с ним плавких соединений. При нагревании до 1200 °C γ-Al₂O₃ рекристаллизуется в α-Al₂O₃. По мере протекания окисления на поверхности твёрдого и жидкого алюминия образуется плотная прочная оксидная плёнка толщиной 0,1–10 мкм, в зависимости от температуры и времени воздействия. При достижении такой толщины окисление практически прекращается, поскольку диффузия кислорода через плёнку резко замедляется.

Процесс окисления жидких алюминиевых сплавов является весьма сложным и недостаточно изученным. Имеющиеся литературные данные показывают, что скорость окисления компонентов сплава зависит от давления кислорода, давления диссоциации их оксидов, концентрации компонентов в сплаве, скорости диффузии атомов в направлении атомов кислорода, взаимодействия оксидов между собой и т. д. Кинетика окисления определяется непрерывностью, плотностью и прочностью оксидных пленок. При одинаковой концентрации окисляются наиболее активные элементы, у которых образование оксида сопровождается наибольшим снижением изобарного-изотермического потенциала.

Большинство легирующих элементов (медь, кремний, марганец) не оказывают существенного влияния на окисление алюминия и защитные свойства оксидной пленки, поскольку у них соотношение VMem0 / mVMe ≥ 1. Оксидная пленка на бинарных алюминиевых сплавах с этими элементами при их низкой концентрации состоит из чистого γ-Al₂O₃. При значительном содержании этих элементов образуются твёрдые растворы оксидов легирующих элементов в γ-Al₂O₃ и соответствующие шпинели.
Щелочные и щелочноземельные металлы (калий, натрий, барий, литий, кальций, стронций, магний), а также цинк (0,05–0,1%) значительно усиливают окисление алюминия. Причиной этого является рыхлая и пористая структура оксидов этих элементов. В этом случае пленка из двойного оксида обогащается оксидами щелочных и щелочноземельных металлов. Для нейтрализации вредного воздействия цинка в расплавы алюминия вводят 0,1–1,15% Mg.
Сплавы алюминия с магнием образуют оксидную пленку переменного состава. При низком содержании магния — 0,005% (по массе) — оксидная пленка имеет структуру γ-Al₂O₃ и представляет собой твёрдый раствор MgO в γ-Al₂O₃; при содержании Mg 0,01–1,0% оксидная пленка состоит из шпинели (MgO * Al₂O₃) переменного состава и кристаллов оксида магния; при содержании Mg более 1,5% оксидная пленка состоит почти полностью из оксида магния.
Бериллий и лантан замедляют окисление алюминиевых сплавов. Добавление 0,01% бериллия или лантана снижает скорость окисления сплавов Al — Mg до уровня окисления алюминия. Защитное действие этих элементов объясняется уплотнением оксидной пленки за счёт заполнения образовавшихся пор оксидами бериллия и лантана.
Фтор и газообразные фториды (SiF₄, BF₃, SF₆ и др.) значительно снижают окисляемость расплавов алюминия.

Связанные публикации:

Фильтрация сплавов на основе алюминия в литейном производстве Снижение потерь при литье алюминия на алюминиевом литейном заводе Выплавка и рафинирование алюминия Металлургия алюминия Плавка алюминия с использованием флюса Алюминиевые флюсы Алюминиевый флюс Что такое металлургическая промышленность Дегазация алюминиевых сплавов Что такое алюминий? Как получают алюминиевые сплавы? ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ ЗАКАЛКИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА Установка для ротационной дегазации и флюсования алюминиевых сплавов Дегазация алюминиевых сплавов Алюминиевый флюсовый порошок