Техника

Сплавы для кокильного литья

Тугоплавкие медные сплавы сравнительно редко применяются "при литье в кокиль. Для этой цели идут преимущественно алюминиевые бронзы с 5 и 10% А1 и 1-3,5% Ре, т. е. сплавы с небольшим интервалом расплавления. Они отливаются при 1150-1300° в подогретые до 200-300° кокили. Чугун в некоторых случаях также отливается в кокиль.

Широкое и все растущее применение для кокильного литья находят алюминиевые сплавы. О пригодности и производственных условиях литья этих сплавов имеются также и наиболее подробные исследования и наиболее исчерпывающие данные. По опытам Арчбутга, Грогана и Дженкина более сложные отливки, например разрывные образцы с заплечиками и сочленения труб, получаются при литье из 4%-ного сплава алюминия с медью с трещинами и другими недостатками.

Литье из двойного сплава с 8% Си представляет также значительные трудности. При достаточно быстром удалении из формы сплав удается получать с хорошими механическими свойствами. Однако в сочленениях труб обнаруживается много недостатков. Сплав с 4% Си и 3% Si показывает значительно меньшую склонность к трещинам к допускает большую свободу в варьировании температур литья и кокиля. Тем не менее он не представляет никаких преимуществ по своим механическим Свойствам.

В отношении образования усадочных раковин этот сплав при литье в кокиль ведет себя так же,, как другие содержащие медь сплавы. Наконец, сплав алюминия а 12% Si (силумин) совершенно не дает трещин. Зато он обнаруживаем Склонность к усиленному образованию усадочных раковин, что требует усиленных литников и выпоров и более высокой температуры кокиля. Склонность к образованию трещин у различных сплавов находит свое отражение в горячеломкости образцов при испытании на ударный изгиб.

Испытуемые образцы при нагреве до температуры, близкой к температуре плавления, оказываются настолько вязкими, что не ломаются под маятниковым копром. Затем в пределах известного температурного интервала вязкость падает до очень малых значений: у силумина в пределах 2е, у сплава Y в пределах 10°, у сплавов, содержащих кремний и медь, в пределах 18°, у 8%-ного медного сплава в пределах 24° и у немецкого сплава с 13,5% Zn и 2,75% Си, особенно склонного к трещинам, в пределах 45°.

Ход кривых вязкости соответствует, таким образом, приблизительно склонности к образованию трещин у сплавов, а также приблизительно величине интервала их расплавления. В кокильном литье склонность к образованию трещин играет весьма значительную роль. Более простые отливки, например поршни, которые можно быстро удалять из формы, с успехом отливаются из сплавов с большей склонностью к трещинам. Однако уже при литье поршней вследствие этого возникают большие затруднения.

Более сложные отливки с разной толщиной стенок Можно с успехом лить в кокиль лишь из сплавов, менее склонных к трещинам, например из силумина. С другой стороны, повышенная склонность к образованию усадочных раковин у этих сплавов требует в таких случаях особенно тщательной разработки форм кокиля, больших выпоров и иных условий подвода металла. Трудности эти. известны в практике литья. Оказалось все же, что даже в случае очень сложных отливок, например картеров мотора, они полностью преодолимы.

Дальше...

Происхождение газов в металлах

Газы, содержащиеся в технических металлах, могут быть различного происхождения. Металлы, получаемые путем электролиза, содержат обычно довольно значительные количества водорода. Это относится в одинаковой мере как к алюминию, полученному при этой операции из расплава, так и к меди, осаждаемой из водных растворов (катоды) и т. д.

Медь содержит кроме того включения сульфатов, которые при расплавлении восстанавливаются. Поэтому ее рафинируют, причем наряду с другими вредными примесями при окислительном процессе извлекают также серу, соответственно регулируя пламя в печи. Водород при этом также удаляется в значительной степени.

Цель этой операции достигается, однако, лишь в том случае, если расплав настолько обогащается кислородом, что отливка в таком виде не поддается механической обработке. При этом содержание водорода соответственно увеличивается. Готовность меди к литью после дразнения определяется тем, что не плотности в отливке составляют около 5% . Это соответствует в условиях производственной работы содержанию кислороду в 0,03%.

Из приведенного примера видно, что содержание газа в расплаве в первую очередь зависит от состава печной атмосферы. В то время как при плавке меди состав печных газов регулируется в желательном направлении, для большинства других металлов и сплавов получение хорошей плавки всегда является в большей или меньшей степени случайным. Неполнота освобождения металла от газа также затрудняет определение качества сплава: является ли он хорошим или вследствие слишком высокого содержания газа его следует рассматривать как низкокачественный.

Как бы то ни было, в данное время общеизвестно, что плавление в нейтральной атмосфере для многих металлов связано с значительно лучшим качеством литья, чем плавление в печи, в атмосфере которой содержатся водород, водяной пар и сернистый ангидрид. Особенно опасным при этом является водяной пар, так как наличие его в известных количествах неизбежно, а присутствие и источники попадания его в сравнительно больших количествах в плавку трудно определимы. Температуры плавки и литья при опасности поглощения газов должны выбираться возможно низкими.

Наблюдениями было установлено, что отливка тем более пориста, чем выше были температуры нагрева расплава. По этим причинам о пригодности различных типов печей судят, исходя из следующих соображений. В обычных случаях лучше всего производить плавку в тигле, так как при этом газообразные продукты сгорания могут быть изолированы от расплава и малый объем (kleine Einheiten) позволяет сократить длительность плавки. В соответствии с этим электрический нагрев тигля, в особенности путем индукции, является идеалом.

В качестве топлива весьма пригодным считается кокс, причем он не должен по возможности содержать серы и воды. Вследствие содержания этих веществ, а также водорода, при газовом и нефтяном нагреве удалению газов необходимо уделять большое внимание. Применение электрических печей весьма целесообразно в смысле поддержания желательной атмосферы в рабочем пространстве. Но так как емкость этих печей обычно велика, то длительное выдерживание распада может повлиять неблагоприятно, особенно если металл в ванне находится в состоянии сильного движения.

Читать далее

Влияние газовых добавок

Добавки водяного пара и углекислого газа тормозили реакцию на всех материалах, несмотря на то, что H2O и CO2 вводили в смесь за счет азота при постоянной концентрации окиси углерода (40%).

С увеличением концентрации добавок скорость распада СО существенно снижается, причем H2O действует значительно сильнее, чем CO2. Эффект торможения не связан с течением обратной реакции: во всех случаях состав газа в реакционном пространстве по суммарным концентрациям CO2 и СО в результате реакций был далек от равновесного для реакции при 500 600°С.

Степень достижения равновесия для этой реакции на материалах А, Б, В не превышала 22; 15 и 5% соответственно. Например, при 1006С величина адсорбции на Рез04 паров воды при давлении 10 мм рт. ст. заметно больше, чем двуокиси углерода, несмотря на то, что опыты "с CO2 проводили при гораздо более высоком давлении (90 мм рт. ст.).

При дальнейшем повышении концентрации Н2 процесс продолжает ускоряться, но не столь интенсивно. Наблюдается экстремальный характер зависимости скорости реакции от концентрации Н2. Так, при любых видах добавок реакция на агломерате Б идет быстрее, чем на значительно более восстановимых окатышах А, что особенно заметно тир л добавках водорода.

Суммарная степень восстановления для слоя при 500°С составляла около 10; 5 и 2% для материалов А, Б, В соответственно, что в среднем отвечало только первой ступени восстановления окиси железа. Несмотря ,на это наблюдается, как и в других исследованиях, интенсивное течение реакции, для которой активным катализатором служит металлическое железо, а не его окислы.

Такое несоответствие можно объяснить только тем, что процесс восстановления имеет зональный характер как в пределах зерен материалов, так и для слоя в целом. В начальных стадиях восстановления (при 400 600°С) в отдельных участках реакционной поверхности зерен окислов может достигаться высокая степень восстановления вплоть до образования кристаллов металлического железа, которые и служат катализатором реакции.

На пространственную неравномерность протекания процессов восстановления и возможность образования небольших очагов металлического железа косвенно указывают опытные данные о характере отложения сажистого углерода .на поверхности частично восстановленной руды. Такая картина подтверждена следующими экспериментами. Опыты с агломератом Б повторили при прочих равных условиях со смесью 40% СО+60% N2 при 500 и 600°С в лодочке, расположенной в горизонтальной трубчатой печи.

Количество выделившегося сажистого углерода оказалось примерно таким же, как и в опытах в слое, причем отложение углерода имело точечный характер на зернах агломерата. Ускорение реакции распада СО водородом можно в соответствии с данными объяснить интенсивной адсорбцией молекул водорода на активных центрах поверхности окислов железа, на которых создаются благоприятные условия для глубокого восстановления и образования небольших участков металлического железа. Такое действие водорода проявляется и при малых его концентрациях в газовой фазе, что способствует интенсификации реакции распада окиси углерода.

Читать статью