Брак литья алюминия
Два источника брака
Источниками брака при литье алюминия являются два явления, которые могут действовать как каждый отдельно, так и совместно:
- Постоянное, прогрессирующее окисление алюминиевого расплава и насыщение его водородом.
- Уменьшение удельного объема алюминия при его переходе из жидкого в твердое состояние.
Три типа дефектов затвердевания в отливках
Рисунок 1 – Три типа дефектов затвердевания в алюминиевых отливках:
газовая пористость, усадочная пористость, горячие разрывы и трещины [1]
Окисление и насыщение водородом
В результате непрерывного окисления алюминиевого расплава и насыщения его водородом в алюминиевой отливке возникают следующие дефекты, которые являются причинами брака готовых отливок:
- поры;
- насыщение воздухом;
- включения;
- нарушение герметичности;
- поверхностные дефекты;
- низкая прочность;
- низкая пластичность.
Рисунок 2 – Источники водорода в алюминиевых отливках [1]
Рисунок 3 – Выделение водорода в алюминиевых отливках [1]
Рисунок 4 – Водородная пористость [1]
Меры по предотвращению дефектов
Для предотвращения или ослабления влияния окисления и насыщения водородом принимают следующие меры:
- обработку металла в печи и его дегазацию;
- жесткий контроль температур плавления и литья;
- фильтрование расплава.
При переходе алюминия из жидкого в твердое состояние растворенный в нем водород выделяется и во взаимодействии с оксидами создает проблемы с пористостью в готовых отливках.
Главной задачей при обеспечении высокого качества алюминиевого расплава является поддержание скорости окисления расплава в определенных рамках. Для этого предпринимаются следующие действия:
- высокое качество исходных чушек;
- современное литейное оборудование и технологии литья;
- контроль загрузки шихты (сухая шихта, быстрое расплавление);
- контроль температуры при плавлении и литье;
- очистка расплава и контроль качества расплава;
- меры безопасности при обработке и транспортировке расплава и его разливке.
Усадка
Из-за уменьшения удельного объема алюминия при его затвердевании могут возникать следующие дефекты, ведущие к браку литейной продукции:
- раковины;
- усадка;
- насыщение воздухом;
- нарушение герметичности;
- низкая прочность и пластичность.
Для предотвращения или ослабления влияния уменьшения удельного объема алюминия при его затвердевании принимают следующие меры:
- оптимальное размещение литниковой системы;
- температурный контроль процесса затвердевания;
- измельчение зерна;
- применение модификаторов сплава.
Уменьшение удельного объема при переходе алюминиевого сплава из жидкого в твердое состояние может приводить к уменьшению объема— в зависимости от литейного сплава — до 7 %. При неблагоприятных условиях часть этой разницы в объеме может быть причиной брака литых алюминиевых изделий — усадочных полостей, пор или разрывов.
Рисунок 5.1 – Образование макропористости в алюминиевых отливках [1]
Рисунок 5.2 – Пример образования макропористости [1]
Для того, чтобы получить хорошую отливку необходимо обеспечивать возможность поступления дополнительного жидкого металла к усаживаемой микроструктуре в течение всего процесса затвердевания отливки.
При литье под давлением это обеспечивают путем повышенного давления расплава, а при гравитационном литье — за счет высоты прибыльных надставок.
Влияние типа затвердевания
Важен также тип затвердевания. В алюминиево-кремниевых сплавах — эвтектических силуминах с содержанием кремния около 13 % при затвердевании сразу образуется твердая оболочка. По другому происходит затвердевание в доэвтектических силуминах, а также в алюминиево-магниевых сплавах и сплавах с легированием медью: сначала образуется дендритная структура, а затем затвердевают остальные компоненты с более низкой температурой затвердевания.
Влияние системы литья
В гравитационном литье, к которому относится, например, литье в кокиль, подачу расплава в литниковую систему производят в самом критическом или «толстом» участке отливки. Не контролируемое или турбулентное наполнение полостей литейной формы имеет отрицательное влияние на качество отливки.
Рисунок 6 – Захват воздуха при неправильной литниковой системе [1]
Литниковая система, которая позволяет контролировать движение фронта затвердевания от дна формы до входа в литниковую системы является очень полезной для качества отливки. В хорошей системе литья заполнение формы начинается с ее нижней части и всегда так, чтобы слои нового горячего металла «ложились» на нижние, уже затвердевшие слои.
Система литья такого типа может частично компенсировать негативное влияние, которое оказывает объемное сокращение алюминия при его затвердевании и в то же время направлять расплавленный металл в форму таким образом, чтобы избежать нового его окисления из-за турбулентности течения.
Источник:
Дополнительная информация:
Castings Practice: The Ten Rules of Castings / John Campbell
Casting Defects Handbook: Aluminum & Aluminum Alloys / David Neff (Editor)
