Брак литья алюминия

Два источника брака

Источниками брака при литье алюминия являются два явления, которые могут действовать как каждый отдельно, так и совместно:

  1. Постоянное, прогрессирующее окисление алюминиевого расплава и насыщение его водородом.
  2. 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:

  1. TALAT 3207