УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
 
ИТБ "Литьё Украины" №3(79), 2007 г.

инж. Сезоненко Ю.Д., к.ф.-м.н. Сезоненко А.Ю.

"САС – инженерная компания" ООО, 03142, Украина, г. Киев, ул. Семашка 13

тел./факс +38 (044) 424-25-03, 422-89-21, e-mail: sas@tsua.net, www.sasua.com.ua

 
На сегодняшний день успех на рынке имеют только качественные отливки, соответствующие всем требованиям "Заказчика". Технические решения, позволяющие это осуществить, являются актуальными и востребованными для отечественного производителя литья, особенно в условиях производства отливок из вторичных сплавов.
 
I. Наиболее простое и эффективное решение улучшение качества отливок из цветных сплавов – металлургическая обработка расплава в плавильной и раздаточной печах. Для металлургической обработки наша компания поставляет на рынок Украины препараты (флюсы) фирмы “SCHAFER Chemiche Fabric GmbH” (Германия).
 
Суть рафинирующей обработки – разрушение в расплаве оксидных плён в результате химического взаимодействия флюса и оксидов. Уменьшение содержания металла в шлаке достигается за счет изменения поверхностного натяжения на границе раздела «расплав – оксид».
 
Пятилетний опыт использования этих флюсов отечественными предприятиями дал возможность утверждать, что:
  • флюсы снижают содержание неметаллических и оксидных включений в литом материале отливок;
  • шлак, образующийся после обработки расплава, не прилипает к стенкам тигля и футеровке печи и содержит низкое количество металла;
  • устраняется газонасыщенность расплава и гарантируется получение плотных отливок;
  • использование флюсов приводит к экономии металла. Например, экономия при плавке латуни составляет в среднем – 20 кг/т, мельхиора – 30 кг/т, алюминиевых сплавов – 30 кг/т.
 
Для литейных алюминиево-кремниевых сплавов используют многокомпонентные натрий-содержащие флюсы в виде порошка и гранул: Probat Fluss Al 224 и Arsal 2125 (гранулы), которые наряду с очисткой обладают слабомодифицирующим эффектом.
 
Для алюминиевых сплавов системы алюминий – магний и алюминий – медь применяют калий-содержащий порошковый флюс Probat Fluss 2126.
Основное назначение этих флюсов – разрушение оксидов алюминия. При этом образуется сухой шлак с низким содержанием металла и, главное, шлак не прилипает к стенкам тигля или к футеровке печи.
 
В раздаточных печах при литье отливок в кокиль или под давлением применяют таблетированный флюс Degasal T200, действие которого основано на флотации частиц оксидов мелкими пузырьками азота, которые образуются при погружении флюса в расплав.
 
Наиболее эффективная очистка достигается при совместном вводе в расплав флюса Degasal T200 и, в зависимости от типа сплава, одного из флюсов: Probat Fluss Al 224, Arsal 2125, Probat Fluss 2126. Главное – не следует убирать шлак с поверхности расплава до окончания действия флюса Degasal T200.
 
При производстве ответственных отливок, слитков для последующей экструзии, крупных корпусных отливок в песчаных формах, кокильных отливок с песчаными стержнями используют таблетированный флюс Mikrosal AL T100. Ввод таблеток Mikrosal AL T100 в расплав приводит к формированию мелкозернистой структуры литого материала отливок, что значительно увеличивает пластичность. Это более стабильный процесс модифицирования в объёме, чем модифицирование бор-содержащей проволокой в струе металла при разливке. Особенно это играет большую роль при производстве тонкой фольги из алюминия.
 
Для модифицирования эвтектики «алюминий-кремний» в эвтектических и доэвтектических силуминах применяют флюс Eutektal T201 или Probat Fluss Monotab NS. Действие эффекта модифицирования Eutektal T201 – 0,5 часа, Probat Fluss Monotab NS – 2-3 часа. Таблетки Probat Fluss Monotab NS плавают на поверхности расплава и поддерживают оптимальную концентрацию натрия, пока не растворятся полностью. При модифицировании флюсами Eutektal T201, Probat Fluss Monotab NS значительно повышается прочность литого материала, что позволяет реально снизить вес отливки или выполнить замену марки сплава, например АК5М2 вместо АК7ч, т.е. реально сэкономить средства.
 
Заэвтектические силумины с содержанием кремния свыше 13 % обрабатывают фосфидом меди (Probat Fluss VLP 200).
Для примера приведем результаты металлографических исследований проб сплавов, взятых после обработки расплавов в заводских условиях на одном из крупных литейных предприятий Украины. Для металлографических исследований был использован оптический микроскоп Carl Zeizz Axiovert 40MAT (Германия) с цифровой регистрацией изображения. Изображение структур сплавов было получено при увеличении 43´ , 215´ или 430´. Пробы сплава АК10М2Н были отобраны после обработки расплава. Сплав плавился в газовой плавильно-отражательной печи.
 
На рис.1. представлены микроструктуры сплавов:
 
1.1. – обработка солью MnCl,
1.2. – обработка флюсом производства СНГ,
1.3. – обработка флюсом Probat Fluss Al 224 (Германия).
 
Образец 1.1., увеличение 43х
Образец 1.2., увеличение 43х
Образец 1.3., увеличение 43х
Образец 1.1., увеличение 215х
Образец 1.2., увеличение 215х
Образец 1.3., увеличение 215х
Образец 1.1., увеличение 430х
Образец 1.2., увеличение 430х
Образец 1.3., увеличение 430х
 
 
Проведенные исследования четко демонстрируют результаты обработки флюсами "Schafer": высокая эффективность удаления неметаллических включений (черные зоны на изображении микроструктур), что приводит к снижению брака, улучшению механообработки, увеличению прочности и пластичности отливки.
  
Для обработки меди и медных сплавов применяют порошковый флюс Probat Fluss Extra NS и таблетированный препарат Degasal CU T200. Эти препараты обладают большой очищающей способностью к оксидам меди, а также снижают содержание водорода в металле. При длительном хранении расплава меди используют флюс Probat Fluss Extra Carbon N (чистая медь) или Probat Fluss Extra Carbon S (латунь).
 
При использовании этих флюсов для защиты расплава при передержке их надо обновлять через двое суток, в то время как при использовании углерода через 6-8 часов. Дегазацию расплава осуществляют препаратом Degasal CU T200.
 
Применение препарата Mikrosal CU T 200 позволяет значительно уменьшить макрозерно отливки, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах изделий.
 
В медных сплавах, содержащих алюминий и магний очень трудно убрать оксиды. Применения флюса Redox при переплаве стружки в индукционной печи позволяет получить качественный сплав при очень низком угаре.
 
Опыт отечественных предприятий, использующих Probat Fluss Extra NS и Degasal CU T200 при производстве латунного литья показывает, что, наряду с низкими потерями при плавке и выдержке расплава, при литье уменьшается брак по газовым раковинам после мехобработки в два раза.
 
Для цинковых сплавов и цинка применяют препарат Zinkan, разрушающий оксиды цинка и предохраняющий поверхность расплава от окисления.
 
Для свинца и олова, а также их сплавов применяют флюс Superieur, восстанавливающий окислы свинца и олова; выводящий шлаки на поверхность, где их убирают. Кроме того, этот флюс предохраняет поверхность расплава от окисления.
 
II. Очистка расплава фильтрацией с использованием современных пенокерамических объемных фильтров является также весьма эффективным, но более сложным решением.
Зарубежные фирмы – производители марочных сплавов для литья в обязательном порядке подвергают металл фильтрации перед разливкой в чушки. Наши отечественные литейные предприятия вынуждены сами разрабатывать технологии фильтрации исходя из своих нужд.
 
К сожалению отработанных эффективных технологий фильтрации небольших объемов металла (до 1 тн.) пока нет.
 
С точки зрения эффективности очистки жидкого расплава наиболее перспективным, на наш взгляд, является совмещение химической обработки с помощью флюсов с фильтрацией расплава непосредственно в раздаточных печах.
 
Разработанный нашей компанией способ очистки расплава в раздаточной печи, непосредственно перед заливкой форм, (патент Украины №50978А, от 15.11.2002) проходит сейчас стадию отработки технологии.
 
Наша компания осуществляет техническую поддержку и реализацию на Украине пенокерамических фильтров фирмы "Drache Umwelttechnic GmbH" (Германия), применение которых позволяет достичь требуемой степени очистки металла и гарантировать качество литья.
 

 

Фильтры пенокерамические "Drache” (Германия) для фильтрации алюминиевых и медных сплавов
Фильтруемый материал Размеры фильтров, мм Пористость, ppi
10 20 30 40 50 60

Al                

178*178*50,8 5,1/57 4,0/44 3,1/34 2,4/27 1,8/20 1,4/16

Cu

229*229*50,8 9,0/100 6,8/75 5,2/58 4,5/50 3,1/34 2,5/26

Al

305*305*50,8 18,9/21 13,9/15 10,5/11 7,8/87 6,0/67 4,9/54

Cu

381*381*50,8 24,0/26 19,5/21 15,0/16 10,5/11 9,0/100 7,2/80

Al

432*432*50,8 33,0/36 25,6/28 21,1/23 15,8/17 12,1/13 9,6/107

Cu

508*508*50,8 45,0/50 37,5/41 31,5/35 24,0/26 18,0/20 14,4/16

Al

585*585*50,8 67,0/75 58,5/65 42,0/46 34,6/38 24,0/26 19,3/21
 
Фильтры малых размеров пористостью от 10 до 50 ррi выпускаются толщиной 22 мм круглой и прямоугольной формы различных размеров:
  • круглые, диаметром: 40, 50, 60, 70, 75, 80, 100, 150 мм;
  • прямоугольные: 50*30, 50*50, 75*50, 75*75, 100*50, 100*100, 150*150 мм.
 
III. Правильный выбор литейного сплава и грамотная металлургическая обработка расплава имеют решающее значение при изготовлении качественных изделий из цветных металлов и сплавов. При этом существенную роль играют тигли, в которых металл плавиться и проходит технологическую обработку. Качество тиглей (карбидкремниевые, графитошамотные), их долговечность, оказывают существенное влияние на себестоимость продукции.
 
10-летний опыт применения тиглей фирмы «Noltina» (Германия) в электрических, газовых и индукционных печах отечественными предприятиями позволяет сделать следующий вывод: тигли «Noltina» это минимальные затраты на единицу изготовленной продукции при гарантированном качестве жидкого металла.
 
IV. Выбор кокильных красок для регулирования процесса формирования отливок оказывает решающее влияние на качество поверхности отливки, газоусадочные дефекты, и.т.д. Кокильные покрытия (краски) фирмы “SСHAFER GmbH” (Германия), серии Cillolin предназначены для производства качественных кокильных отливок из цветных металлов и их сплавов.
 
Используя кокильные краски серии Cillolin можно регулировать теплоотвод при затвердевании, а также улучшить заполнение формы жидким металлом. Это достигается за счет различной теплопроводности красок входящих в серию Cillolin, а также различной дисперсностью наполнителя (гладкая поверхность покрытия – без индекса, шероховатая с индексом G, очень шероховатая с индексом GN).
 
Основные компоненты краски это оксиды (Al, Zr, Zn, Ti, Fe) и связующие: силикаты, фосфаты, жидкое стекло, изопропанол. Все краски изготовлены на водной основе. Краска Cillolin Al 500 – на спиртовой основе (изопропанол). Краски Cillolin поставляются в виде концентратов.
В таблице ниже представлены основные краски входящие в серию Cillolin.
 
Марка Покрытие, теплопроводность Цвет
Al130, 223, 223G, 223GN

Высокая

Черный

3500G

Средняя

Красный

Al500, 285, 285G, 285GN, 286

Низкая

Белый

 

Главное достоинство красок серии Cillolin это совместимость различных по теплопроводности красок. Можно наносить краски различной теплопроводности и скольжения как в различных элементах полости формы (литниковая система, прибыль, промывники) так и послойно. Например, на стержнях вначале наносится базовое покрытие Cillolin 3500G, а затем Cillolin Al130, для лучшего извлечения стержня из отливки. Краску Cillolin 3500G обычно используют как базовое покрытие для обеспечения хорошей основы для других покрытий. При использовании пресс-формы 24 часа в сутки при литье под низким давлением покрытие Cillolin 3500G необходимо обновлять каждую неделю. Как правило, минимальный срок службы покрытия серии Cillolin одна неделя после покраски. Для защиты инструмента, желобов и литниковых систем применяют покрытие на спиртовой основе Cillolin Al500. Краску Cillolin 223G используют для толстостенных отливок, например, корпуса гидроаппаратуры. Для декоративных, видовых отливок, где необходима гладкая поверхность используют Cillolin 286. Для получения хороших эксплуатационных характеристик необходимо строго соблюдать следующие требования: Разведение кокильных красок Cillolin (за исключением Al500) должно производится мягкой водой с соблюдением пропорций. Как правило разводят концентрат водой в пропорциях от 1 : 3 до 1 : 6. концентрат краски перед добавлением воды хорошо перемешивают до однородного состояния. Cillolin Al130 разводят в пропорциях 1 : 10. формообразующие отливку поверхности кокиля тщательно очищают. По возможности пескоструем. Не должно быть на поверхности кокиля остатков противопригарной краски, масла, сажи. нагреть кокиль (или пресс-форму) до температуры 250°С. не допускается прямой нагрев формообразующих поверхностей кокиля газовой горелкой чтобы не было пленки сажи. наносить покрытие необходимо в нескольких тонких слоев с временным интервалом между слоями примерно одна минута, чтобы исключить образование воздушных пузырей при испарении воды. Для нанесения краски используют воздушный распылитель. Минимальная толщина покрытия составляет 0,2 мм. Реально, толщина покрытия подбирается опытным путем, в зависимости от конкретной отливки и технологии литья. Если использовать концентрат краски в неразбавленном виде, то тогда толщину покрытия можно довести до 5 мм (например, Cillolin 285GN). в область разъемов с малыми углами наносят краску Cillolin Al130, которая обеспечивает легкое скольжение при извлечении отливки. Этот материал нужно периодически наносить вновь, поскольку его износ выше. выполнение перечисленных требований гарантирует получение качественного покрытия кокиля. Практика использования отечественными предприятиями кокильных красок серии Cillolin подтвердила их эффективность и надежность при кокильном литье отливок из алюминиевых и медных сплавов.

 
Номенклатура и технические характеристики
НАИМЕНОВАНИЕ ПРОДУКТА КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЕНИЕ

CILLOLIN AL 223 G/F

Теплопроводящая краска для алюминиевых сплавов

Концентрат, разбавление водой 1:3

CILLOLIN AL 3500 G/F

Краска средней теплопроводности для алюминиевых сплавов

Концентрат, разбавление водой 1:3

CILLOLIN AL 285

Теплоизолирующая краска для алюминиевых сплавов

Концентрат, разбавление водой 1:3

CILLOLIN AL 130

Теплопроводящая краска для алюминиевых сплавов

Концентрат, разбавление водой 1:10

CILLOLIN AL 500

Покрытие для литейного инструмента и желобов для алюминиевых сплавов

Готовая к применению краска на основе изопропанола

* индекс G – шероховатая поверхность, F – гладкая поверхность.

CILLOLIN CU 130

Теплопроводящая краска для медных сплавов

Концентрат, разбавление водой 1:10

А также краски для Mg сплавов
 
V. В настоящее время наиболее эффективной и практически реализуемый в массовом и крупносерийном производстве способ получения плотных отливок высокого качества при литье под давлением это, технология вакуумирования полости пресс-формы при ее заполнении жидким металлом, разработанная швейцарской фирмой “FONDAREX”.

 

“FONDAREX SA” (Швейцария) лидер в производстве установок для вакуумирования пресс-форм литья под давлением на машинах с горячей и холодной камерами прессования. С 1946 г. – начала производства, было произведено более 7000 комплектов для вакуумирования, а сегодня годовое производство составляет ~1000 шт. Компания имеет 15 региональных представительств в Европе, Америке, Азии, а ее производство сертифицировано по ISO 9001:2000.
Установки успешно работают для широкой номенклатуры отливок: для автомобилестроения (Audi, BMW, VW group), электротехнического применения (ротора эл.двигателей – ABB, Siemens), электроники, и всех областей промышленности.
 
Данная система вакуумирования пресс-форм литья под давлением позволяет:
  • уменьшить газовую пористость и повысить плотность отливок;
  • повысить механические свойства отливок;
  • уменьшить толщину стенок отливки; – продлить срок службы пресс-формы;
  • проводить термообработку отливок ЛПД.
 
Также фирма “Fondarex” предлагает и более простую но эффективную технологию уменьшения газовой пористости отливок «FONDAREX Chill Blocs» которая может работать как с вакуумной системой так и без нее.
 
VI. Применение отечественными предприятиями смазок для литья под давлением серии Trennex фирмы «Geiger + Co» (Германия) позволяет производить качественные отливки ЛПД.
 
Водорастворимые смазки Trennex W5000, W7000, W8000 обеспечивают хороший внешний вид отливки, а также устраняют облой. Поставляются в виде концентрата и разбавляются водой в пропорции 1:100. Наносятся на матрицы пресс-форм перед каждой запрессовкой с помощью пневматического распылителя. Trennex W5000 – смазка для Al, Mg и Zn сплавов при пониженных температурах пресс-форм.
 
Trennex W7000 – смазка для Al сплавов при перегревах пресс-форм.
Trennex W8000 – смазка для Al, Mg и Zn сплавов при любых температурных режимов пресс-форм.
Trennex W3218 – смазка для Al сплавов при изготовлении отливок с последующей покраской.
 
Противозадирная паста Trennex Al Si (для Al, Mg и Zn сплавов) позволяет получать сложные отливки с небольшими уклонами. Предназначена для устранения задиров и залипаний отливок в пресс-форме. Наносится кистью и раздувается по матрице воздухом. Периодичность применения – по мере необходимости. Паста Trennex Al Si поставляется в готовом виде.
 
Жидкая Противозадирная паста Trennex VP 64/4 (для Al и Zn сплавов) позволяет применить распылитель для нанесения смазки в труднодоступные части пресс-формы. Результат действия аналогичен пасте Trennex Al Si.
 
При литье медных сплавов используют водорастворимое покрытие не содержащее графит Mikrocollid WLK 40/15. Концентрация рабочего раствора от 1:20 до 1:100.
 
Для литья латуни используют покрытия Mikrocollid WLG 20/6, которое позволяет улучшить внешний вид отливки и увеличивает стойкость матриц пресс-форм. Поставляется в виде концентрата и разбавляется водой в пропорции 1:30.
 
Паста Trennex Al создает защитное разделительное покрытие продолжительного действия на формообразующей поверхности пресс-форм литья под давлением. Используется для обработки новых или после ремонта пресс-форм. Паста Trennex Al наносится на формообразующие поверхности формы и при первых 10-15 запрессовках жидкого металла на поверхности матриц образуется покрытие. Паста позволяет экономить время и средства на подготовку оснастки к работе.
 
Для смазки плунжерной пары «стакан-поршень» используют:
  • Паста Trennex 854 G применяется при литье Al, Cu и Zn сплавов. Наносится кистью.
  • Жидкая смазка Trennex Automatic 899 – предназначена для смазывания главной прессующей пары в автоматическом режиме при литье Al, Cu и Zn сплавов.
  • Trennex Automatic 930G Granulat – гранулированная графитосодержащая смазка на основе синтетического высокомолекулярного воска применяется при литье латуни и алюминиевых сплавов. Имеет отличную смазывающую способность.
 
Ручные распылители смазок Unigett работают по принципу инжекции, поэтому не требуют ресивера с рабочим раствором смазки. Отличаются высокой надежностью при эксплуатации в условиях литейного производства.
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Технические решения, предлагаемые нашей компанией по обеспечению отечественных предприятий современными материалами и технологиями, позволяют им производить конкурентоспособную на внутреннем и мировом рынке продукцию.
 
Copyright© 1999-2018 г.
ООО "Инженерная компания – САС"

03142, Украина, г. Киев, ул. Семашко 13, оф.105, 106
тел/факс: +38 (044) 424-25-03 / +38 (044) 423-82-99
e-mail: info@sasua.com.ua