СОСТАВ И СВОЙСТВА ПЛАТИНОВЫХ СПЛАВОВ

Платина обладает гранецентрированной кубической кристал­лической решеткой. Температура плавления платины 1769 С; температура кипения 4400 С; плотность при комнатной темпе­ратуре 21,4 г/см³.

Платина имеет высокую коррозионную стойкость в минераль­ных и органических кислотах, обладает хорошей пластичностью и легко подвергается пластической деформации. При нагревании на воздухе платина не окисляется. Оксид платины РЮ образуется при нагревании губчатой или листовой платины в сухом кис­лороде при 450 °С. При температуре плавления платина раство­ряет до 5,57 см³/100 г кислорода. Растворимость водорода в пла­тине возрастает с повышением температуры, достигая при тем­пературе плавления 0,2...0,3 см³/100 г. С азотом жидкая платина практически не взаимодействует; растворимость углерода в жид­кой платине достигает 1,45 %. При охлаждении углерод выделя­ется по границам зерен в виде графита, что делает платину хруп­кой.

Чистую платину применяют в химической промышленности, медицине, ювелирном производстве. В технике используют боль­шую группу платиновых сплавов (табл. 97).

Плавку платины и ее сплавов ведут в тигельных индукцион­ных высокочастотных печах с набивной футеровкой из оксида кальция, магнезита или оксида циркония. Тигли для плавки изго­тавливают из тех же огнеупоров. В тех случаях, когда необходимо получать изделия, не содержащие примеси кальция или магния, плавку осуществляют в тиглях из оксида тория или оксида цир­кония. Плавку ведут в окислительной атмосфере без применения флюса.

В качестве шихтовых материалов используют губчатую плати­ну, спрессованную в брикеты, или скрап. Легирующие компо­ненты вводят в расплавленную платину при 1850...1900 °С. Рас­кисление расплава перед заливкой не производят.

Заливку платиновых сплавов ведут с небольшим перегревом расплава в подогретые стальные или туфовые (известковые) фор­мы.

Палладий имеет гранецентрированную кубическую южстал- лическую решетку. Температура плавления палладия 1552 С; тем­пература кипения 3980 °С; плотность его при комнатной темпе­ратуре 12,16 г/см³. Обладая высокими пластическими свойства­ми, палладий хорошо воспринимает обработку давлением. По сравнению с другими платиновыми металлами он менее устой­чив в концентрированных азотной и серной кислотах; растворя­ется в царской водке.

 

Палладий растворяет водород в значительном количестве. Понижение температуры сопровождается ростом растворимости водорода. При температуре плавления палладий растворяет до 60 см³/100 г водорода; при комнатной температуре - до 850 см³/100 г. Способность палладия поглощать большое количество водорода используют в вакуумной технике.

Палладий растворяет углерод; при охлаждении расплава угле­род в виде графита выделяется по границам зерен, ухудшая пла­стические свойства металла.

Палладий находит применение в электротехнической, хими­ческой и ювелирной промышленности. Из него изготавливают электрические контакты телефонных аппаратов, химическую по- суду, порошковые катализаторы, большое количество палладия Вдет на приготовление сплавов. Химический состав палладия марки Пд99,9 и некоторых его сплавов приведен в табл. 98.

Плавку палладия ведут в окислительной атмосфере в магнези­товых тиглях. При загрязнении расплава 0,003 % кремния в от­ливках появляются горячие трещины. Перед разливкой палладий раскисляют 0,1 % алюминия. Флюс при плавке не применяют. Для плавки чаще всего используют индукционные печи. В каче­стве раскислителей применяют алюминий и силикокальций.

Фасонные отливки из сплавов благородных металлов, преиму­щественно сплавов золота, используют в зубопротезном деле и ювелирном производстве. Изготовление фасонных отливок осу­ществляют методом литья по выплавляемым моделям. В качестве формовочного материала используют гипсовые смеси, состоящие из 85 % порошка динаса марки ЭД и 15 % гипса. Динасовый порошок должен содержать не менее 72 % фракции с диаметром зерен менее 0,08 мм. В качестве затворителя гипсовых смесей используют водный раствор ортофосфорной кислоты (1 г орто- фосфорной кислоты на 10 мл воды). На каждый килограмм сме­си добавляют 380...400 мл затворителя. Такие смеси имеют хоро­шую текучесть, небольшое (около 10 мин) время твердения, об­ладают высокой прочностью и малой осыпаемостью после отжи­га.

Для изготовления выплавляемых моделей широко используют резиновые формы. Заливку горячих форм осуществляют на цент­робежных машинах.

 

ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА СЛИТКОВ

Слитком называется отливка простейшей формы (параллеле­пипед, призма, цилиндр, полый цилиндр), предназначенная для последующей обработки давлением на так называемые деформи­руемые полуфабрикаты — листы, прутки, профили, трубы, про­волоку, фольгу, а также поковки и штамповки. Подобных полу­фабрикатов потребляется в мире ежегодно 35...37 млн. т или 85...88 % всей массы производимых цветных металлов и сплавов. Ос­тальные 12.. 15 % приходится на долю фасонных отливок. Таким образом, производство слитков из цветных металлов и сплавов существенно превышает фасонно-литейное производство по массе перерабатываемого металла.

Обработка давлением заключается в пластическом деформи­ровании слитка. В связи с этим слиток должен обладать опреде­ленным уровнем свойств, среди которых на первом месте стоит так называемая технологическая пластичность, т. с. способность изменять форму без разрушения при возможно меньших внешних усилиях. Всю технологию производства слитков строят так, что­бы в первую очередь обеспечить пластичность при заданном со­ставе сплава. Вместе с тем при обработке давлением слитков, осо­бенно первичной, следует учитывать особенности свойств литои заготовки, заключающиеся в пониженной деформационной спо­собности и повышенных усилиях деформирования по сравнению со свойствами заготовок, уже подвергнутых деформированию тем или иным способом. В связи с этим первичную обработку слит­ков почти всегда осуществляют в горячем состоянии при воз­можно более высоких температурах, когда показатели пластич­ности металлов имеют повышенные значения, а показатели проч­ности (твердость, предел текучести) понижены. Для первичной обработки слитков используют такие технологические процессы обработки давлением, при которых схемы главных напряжении и главных деформаций обеспечивают наиболее благоприятные ус­ловия пластического деформирования — свободную ковку, объем­ную штамповку, прокатку, прессование (экструдирование). Наи­лучшие условия пластического деформирования создаются при объемной штамповке и прессовании.

 

Важной стороной качества слитка является чистота его повер­хности. Грубая нечистая поверхность слитка с ликвационными наплывами неизбежно вызывает появление засоров и плен на поверхности деформированного полуфабриката. Чем выше тре­бования к полуфабрикатам, тем чище должна быть поверхность слитков.

 

Очень высоки требования к слиткам на наличие раковин, рых- лот, пористости. Если в фасонной отливке допускается некото­рая пористость, оговоренная специальными эталонами, то в слит­ках этот допустимый максимум в несколько раз меньше. Осо^зн- ность большинства сплавов цветных металлов состоит в том, что в них почти не происходит заваривание несплошностей в ходе пластического деформирования, как это имеет место в углероди­стых сталях. Поэтому любая несплошность в литой заготовке не исчезает при обработке давлением, а лишь меняет свою форму, вытягивается и утоняется. В итоге подобные пороки поражают полуфабрикаты на большую длину, но в силу малой толщины могут быть выявлены с большим трудом.

 

По этой причине технологию строят таким образом, чтобы обеспечить надежное “питание” затвердевающего слитка, при котором исключалось бы возникновение таких пороков как по­ристость, рыхлость, усадочные раковины. Расплав, из которого отливают слитки, должен содержать минимальное количество растворенных газов (для большинства сплавов цветных металлов — водорода), чтобы исключить образование газовой по­ристости. При работе со сплавами ответственного назначения производят сплошной контроль слитков методами ультразвуко­вой или рентгеновской дефектоскопии.

Очень большое значение имеет структура слитков, при этом в равной степени важна как макро-, так и микроструктура. Наи­лучшие результаты при пластическом деформировании по каче­ству получаемых полуфабрикатов достигаются в случае возможно более мелкой равноосной и равномерной по всему объему слитка макроструктуры. Крупнозернистая макроструктура литой заготовки может быть причиной появления трещин при первичном дефор­мировании, причем трещины возникают несмотря на то, что об­щие показатели пластичности металла вполне удовлетворитель­ны. Разрушение крупнозернистости заготовок связано с анизот­ропией свойств металлических кристаллов. В случае мелкого зер­на влияние анизотропии незаметно, поскольку различия в упру­гопластической деформации соседних зерен проявляются в ма­лых объемах и потому не достигают критических значений.

 

ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ

В настоящее время разработано большое число способов и их разновидностей для получения слитков из сплавов цветных ме­таллов. Каждый способ создавался для улучшения качества слит­ков и повышения технико-экономических показателей. Все спо­собы можно разделить на две группы, различающиеся ходом зат­вердевания слитка. В способах, относящихся к первой группе, расплав заливают в форму-изложницу, где он затвердевает, при­чем фронт затвердевания (поверхность раздела расплав — твердая корка) перемещается от стенок формы в глубь образующегося слитка, остающегося неподвижным. В способах второй группы расплав заливают в специальное устройство — кристаллизатор; образующийся слиток непрерывно выводится из кристаллизато­ра, а фронт затвердевания остается практически неподвижным в пространстве. Первая группа называется литьем слитков в из­ложницы или наполнительным литьем, вторая группа — непре­рывным литьем.

Литье в изложницы

Производство слитков литьем в изложницы или наполнитель­ное литье является старым технологическим процессом. Однако и в настоящее время этим способом литья получают довольно значительное количество слитков.

Наполнительным литьем получают цилиндрические слитки диаметром от 50 до 100...200 мм и высотой 500... 1000 мм, а также плоские слитки толщиной 50... 100 мм, шириной 300.. 5000 мм и высотой 500... 1000 мм.

Для наполнительного литья используют литые массивные чу­гунные (рис. 140) и водоохлаждаемые изложницы с медной рубаш­кой (рис. 141). Водоохлаждаемые изложницы появились в 1920 1930 гг. и сыграли большую положительную роль в повышении ка­чества слитков. Увеличение скорости отвода тепла, достигаемое за счет водяного охлаждения, повышает плотность литого металла и дисперсность микроструктуры. Однако трудность обеспечения спо­койного заполнения формы-изложницы остается. В случае отлив­ки крупных слитков интенсивность охлаждения заметно снижается из-за возникновения усадочного зазора между водоохлаждаемой рубашкой изложницы и поверхностью слитка.

Для наполнительного литья показатель выхода годного, т. е. от­ношение массы годных заготовок к массе залитого металла, не пре­вышает 80 %. Главная причина этого заключается в том, что у каж­дого слитка отрезают головную часть с усадочной раковиной, а иногда и донную часть, пораженную захваченными оксидными пленами и воздушными пузырями. Нередко приходится обрабаты­вать боковую поверхность слитков для улучшения ее качества — удаления засоров, небольших раковин, ликвационных наплывов.

Процесс непрерывного литья заключается в том, что расплав непрерывно заливается в кристаллизатор, а затвердевающий в нем слиток непрерывно вытягивается обычно вертикально вниз (рис. 142). Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую изложницу, не имеющую дна и оформляющую боковую поверх­ность слитка. Рубашка кристаллизатора изготавливается из меди, хромовой бронзы, малолегированных алюминиевых сплавов. Ра­бочую поверхность рубашки тщательно обрабатывают. Перед на­чалом литья и по ходу литья ее смазывают.

В последние 20...30 лет начали применять кристаллизаторы с тепловой насадкой, отличающиеся от изображенного на рис. 142 тем, что верхняя часть рубашки выполняется из графи­та — менее теплопроводного материала, чем указанные выше ме­таллы. Благодаря этому затвердевание расплава в верхней части кристаллизатора замедляется, и колебания уровня расплава в нем из-за неравномерностей поступления металла, обычно приводя­щие к образованию складок и трещин на поверхности слитков, не влияют на качество литых заготовок.

 

кристаллизатор называется кристаллизатором скольжения (КС).

Расплав поступает в крис­таллизатор через распредели­тельные устройства. Их назна­чение состоит в том, чтобы избежать течение расплава от­крытыми струями и рассредо­точить потоки расплава в кри­сталлизаторе.

Кроме охлаждения в крис­таллизаторе, называемого пер­вичным, обычно предусматри­вается вторичное охлаждение слитка по выходе его из крис­таллизатора. Вода в зоне вто­ричного охлаждения подается прямо на поверхность слитка. Иногда вместо воды использу­ют водо-воздушную смесь или поток воздуха.

Принято различать непре­рывное или полунепрерывное литье. В случае непрерывного литья вытягиваемый из кристаллизатора слиток режется на мер­ные заготовки на ходу без остановки процесса литья с помощью специального устройства. При полунепрерывном литье резка слит­ка на ходу не предусматривается, и процесс литья прекращается после получения слитка определенной длины - от 2 до 8 м. От­литый слиток затем направляют на разрезку. Процессы, происхо­дящие при затвердевании слитков в условиях непрерывного и полунепрерывного литья, практически одинаковы, поэтому в даль­нейшем изложении использован термин “непрерывное литье” для обоих случаев. Различия в полунепрерывном и непрерывном ли­тье указываются по мере надобности.

 

Основные положительные черты непрерывного литья заключа­ются в высоком качестве литого металла и малом количестве отхо­дов. Высокое качество выражается в отсутствии усадочных пороков (раковин, рыхлоты, пористости) и в минимальном загрязнении неметаллическими включениями, главным образом, оксидными пленами.

Очень важно при непрерывном литье обеспечить одинаковую интенсивность подвода и отвода тепла на всех участках объема и поверхности слитка во всех сечениях. В случае цилиндрических слитков это достигается равномерным распределением расплава в лунке и равномерным отводом тепла с его поверхности. В слу­чае плоских слитков прямоугольная форма сечения предопреде­ляет неравномерный подвод тепла, привносимого поступающим в кристаллизатор расплавом, и такой же неравномерный отвод тепла с поверхности. Поэтому при литье плоских слитков подача расплава осуществляется не по оси симметрии слитка, а в участ­ки, расположенные ближе к узким сторонам.

Макроструктура слитков непрерывного литья из чистых ме­таллов и сплавов с узким интервалом кристаллизации является обычно полностью столбчатой. Она четко видна на продольных разрезах. На поперечных темплетах, которые вырезают для конт­роля качества слитков, выявляется не такая четкая картина. Вид макроструктуры цилиндрических и плоских слитков качественно различен. В цилиндрических слитках столбчатые кристаллы име­ют изогнутую форму, они идут почти горизонтально у поверхно­сти и, изгибаясь, становятся почти вертикальными в централь­ной части сечения. В плоских слитках столбчатые кристаллы рас­положены под некоторым почти постоянным углом к горизонта­ли (15...20^°). В центральной плоскости часто выявляются один — два зерна, идущие строго вертикально и отделяющие зоны столбчатых кристаллов, выросших от противоположных широких сторон слитка.

Это различие в форме столбчатых кристаллов связано с осо­бенностями затвердевания цилиндрических и плоских слитков и особенностями формы жидкой лунки. Кристаллы развиваются в общем перпендикулярно фронту кристаллизации. Это объясня­ется тем, что в случае неправильного отвода тепла и большого количества растущих кристаллов, они могут развиваться лишь в одном направлении, которое автоматически становится перпен­дикулярным возникающему фронту кристаллизации. Положение этого фронта определяется изотермой температуры кристаллиза­ции. Следовательно, по форме выросших в таких условиях стол­бчатых кристаллов можно восстановить существовавший фронт кристаллизации. Для этого необходимо провести кривую, кото­рая была бы перпендикулярна кристаллам во всех точках изучае­мого сечения. Выявленное положение фронта кристаллизации отвечает описанному очертанию лунки.

У сплавов со значительным интер­валом кристаллизации столбчатая зона существенно сокращается и не­редко исчезает совсем. Все сечение слитка оказывается занятым доволь­но мелкими равноосными кристалла­ми. Поскольку именно такая струк­тура наиболее желательна, то при ли­тье слитков из алюминиевых и маг­ниевых сплавов обычно прибегают к модифицированию, чтобы вообще исключить возможность появления разнозернистого строения. При полу­чении слитков из медных сплавов, ввиду большей их пластичности и ме­нее жестких требований к деформи­рованным полуфабрикатам, модифи­цирование С ЦеЛЬЮ общего измельчеНИЯ макроструктуры обычно не проводят, поэтому в слитках МОЖНО обнаружить как столбчатые, так и равноосные кристаллы.

Микроструктура в разных участках <7,2 м/_Ч)

слитка непрерывного литья однознач­но определяется скоростью охлажде­ния на данном участке при его затвердевания. Если оценить мик­роструктуру количественно как величину дендритной ячейки, то в общем случае выявляется следующая картина: в на­правлении от поверхности наблюдается довольно быстрое укруп­нение дендритной ячейки. Это связано с замедлением теплоот­вода по мере утолщения корки и отхода слитка от стенок крис­таллизатора вследствие линейной усадки в поперечном направ­лении. Как только данное сечение вышло из кристаллизатора и попало под прямое охлаждение водой, интенсивность отвода тепла возрастает, скорость охлаждения увеличивается, что и вызывает уменьшение размеров дендритной ячейки. В более глубоких сло­ях обычно отмечается дальнейшее измельчение дендритной ячей­ки, несмотря на утолщение твердой корки. Это связано с возрас­танием скорости роста кристаллов под действием усиливающего­ся отвода тепла в осевом направлении слитка. В цилиндрических слитках усиление теплоотвода в глубинных слоях происходит также Под действием геометрического фактора: протяженность фронта Кристаллизации сокращается, а площадь поверхности охлажде­ния остается постоянной.

В слитках непрерывного литья обычно обнаруживается обрат­ная зональная ликвация в поперечных сечениях. В периферий­ных слоях выявляется повышенное содержание компонентов и примесей, понижающих температуру ликвидуса сплава и имею­щих коэффициент распределения К< 1 (коэффициентом распре­деления называется отношение содержания элемента в твердой фазе с_тв, выпадающей из жидкости, к содержанию этого элемента в последней с_ж: К = с^с_ж). Соответственно в глубинных слоях отмечается понижение содержания таких компонентов.

Обратная зональная ликвация имеет практическую значимость лишь для тех легирующих элементов, которые при данном содер­жании в сплаве создают достаточно большой интервал кристал­лизации. Поэтому в слитках алюминиевых сплавов отмечается обратная ликвация меди, магния, цинка, а в слитках медных спла­вов — олова и кремния. Отклонение содержания ликвирующих компонентов от среднего состава расплава составляет + (0,2...0,4)% в периферийных слоях и — (0,2...0,4)% в глубинных.

Возникновение обратной зональной ликвации вызывается пе­ремещением расплава в двухфазной переходной области слитка вследствие объемной усадки при кристаллизации.

Поэтому про­явление обратной ликвации связано с размерами и формой двух­фазной области в затвердевающем слитке и направлением дви­жения расплава в ней. Приповерхностные слои затвердевают, когда еще не имеется протяженной двухфазной области. Поэтому вос­полнение объемной усадки происходит жидкостью примерно сред­него состава, и в итоге в этих слоях обнаруживается также сред­ний состав по всем компонентам. По мере увеличения протя­женности двухфазной области расплав, перемещающийся между ветвями и осями дендритов от изотермы ликвидуса к изотерме солидуса, в ходе течения все более обогащается компонентами с К< 1. Эта жидкость, восполняющая объемную усадку в пределах двухфазной области, неизбежно должна вызвать общее повыше­ние содержания таких компонентов. Так возникают периферий­ные слои слитка, обогащенные компонентами с К < 1.

Получение непрерывным литьем слитков из чистых металлов (меди, алюминия разных марок) осложнено опасностью появле­ния мелких горячих межкристаллитных трещин в глубиннных слоях. Кроме подбора скоростей литья и режимов охлаждения, в данном случае велика роль содержания примесей. Важен не только определенный допустимый верхний предел их содержания, боль­шое значение имеет соотношение некоторых их них. Так, для алюминия важно соотношение примесей железа и кремния, для меди — кислорода, серы и водорода. При некоторых сочетаниях примесей практически невозможно получить слитки без тонких межкристаллитных трещин. Это объясняется особенностями ха­рактера кристаллизации металла, содержащего примеси. Уменьшение опасности появления трещин в слитках непрерыв­ного литья во всех случаях обеспечивается измельчением макро­зерна.

 

Непрерывное литье заготовок малых сечений. Гранульная технология

Из цветных металлов и сплавов изготавливают большое коли­чество полуфабрикатов очень малых поперечных сечений (лента, проволока, фольга), причем от них требуются высокие механи­ческие свойства, которые обычно обеспечиваются большой ко­нечной холодной деформацией. Поэтому для подобных полуфаб­рикатов — проволоки из меди и алюминия электротехнического назначения, упаковочной фольги из алюминия — невыгодно по­лучать массивные слитки и затем деформировать их на мощных станах или прессах. Целесообразно получать литые заготовки малых сечений, чтобы избежать затрат на последующее деформи­рование. С этой целью за последние десятилетия были разрабо­таны специальные способы непрерывного литья. Наибольшее распространение получили способы с применением роторного, валкового и ленточного кристаллизаторов. Для всех них харак­терно отсутствие скольжения затвердевающей заготовки относи­тельно рабочей поверхности кристаллизатора. Заготовка в зоне затвердевания движется совместно с кристаллизатором. Благода­ря этой особенности возможно осуществлять литье с очень боль­шими скоростями (несколько сотен метров в час) и достигать большой производительности установок.

Установки с роторным кристаллизатором (рис. 153) состоят из двух шкивов, объединенных гибкой стальной лентой. Верхний шкив приводной, нижний является роторным кристаллизатором. В ободе шкива проточена канавка, которая перекрыта стальной лентой. В образующуюся полость на участке набегания ленты на кристаллизатор заливается расплав, поступающий из раздаточно­го миксера по изогнутому желобу. Затвердевающая заготовка оги­бает примерно половину роторного кристаллизатора, где уста­новлена система водяного охлаждения, затем выходит из него, отводится вбок и сматывается в рулон на специальной моталке. Заготовка имеет трапециевидное сечение шириной 30...40 мм и площадью 200...800 мм².

Скорость литья (скорость движения заготовки) составляет 800-3000 м/ч. Получение заготовок на подобных установках иногда называют литьем по способу Проперци (по имени специалиста, предложившего этот процесс).

Установки с валковым кристаллизатором берут свое начало от конструкции, указанной в патенте Г. Бессемера в сере­дине XIX века. Главной частью этих установок являются два по­лых валка диаметром 600...800 мм, в зазор между которыми по­ступает расплав. Здесь происходит затвердевание и небольшое обжатие затвердевшей заготовки.

Валки охлаждаются водой снаружи и изнутри. Заготовка свер­тывается в рулон. Таким образом получают ленту из Al и некоторых его сплавов толщиной 5...7 мм, шириной 1000... 1500 мм. Скорость литья составляет 300-600 м/ч.

В установках с ленточным кристаллизатором (рис. 155) рас­плав поступает в зазор между двумя гибкими стальными лентами, натянутыми на нескольких приводных, опорных и натяжных ро­ликах. Величина зазора определяет толщину заготовки — 20...50 мм. Ширина заготовки задается двумя рядами коротких колодок, укрепленных на нижней ленте. Эти колодки плотно смыкаются на прямолинейных участках ленты и расходятся при изгибе ее наружу на роликах. Ширина заготовки составляет 400...800 мм.

 

Для отвода тепла предусмотрено мощное водяное охлаждение. Скорость литья 300...600 м/ч. Данные установки отличаются очень высокой производительностью — до 50...60 т в час по меди.

В последние годы для производства деформированных полу­фабрикатов начинают использовать заготовки, полученные осо­бым способом с применением гранул. Появление гранульной тех­нологии объясняется тем, что для сплавов традиционных соста­вов практически исчерпаны все возможности повышения проч­ностных свойств, особенно при повышенных температурах. Су­щественного прироста свойств можно добиться лишь принципи­альными изменениями составов сплавов, введением в них значи­тельных количеств тугоплавких компонентов, образованием в структуре тугоплавких промежуточных фаз. Подобные сплавы совершенно нетехнологичны при обычных способах производ­ства, но при кристаллизации с повышенными скоростями охлаж­дения (более 10³ К/с) они приобретают очень мелкозернистое строение с необычно большими областями твердых растворов, с метастабильными фазами. В них может образоваться аморфная некристаллическая структура.

Все обычные способы получения литых заготовок обеспечива­ют кристаллизацию со скоростями охлаждения не более 10.100 К/с. Достижение требуемых больших скоростей охлажде­ния возможно лишь при затвердевании очень малых масс рас­плава. Поэтому расплав разбивается различными способами на капли диаметром 0,5...2,0 мм, которые затем кристаллизуются с большой скоростью охлаждения. Алюминиевые расплавы разбрыз­гивают центробежным способом литьем во вращающийся стакан с отверстиями. Капли расплава попадают в активно перемешива­емую воду, где и затвердевают со скоростями охлаждения 1000-5000 К/с. Полученные гранулы дегазируют нагревом в ва­кууме, уплотняют прессованием (компактируют), переводя в за­готовки, которые обычно подвергают прессованию на пруток. В настоящее время гранульная технология реализована примени­тельно к алюминиевым сплавам, содержащим до 2...8 % хрома, титана, циркония, железа, до 20...30 % кремния, а также к нике­левым жаропрочным сплавам с молибденом, вольфрамом, нио­бием, хромом.

ПРОИЗВОДСТВО СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Слитки из алюминиевых сплавов получают в основном мето­дом непрерывного литья на тросовых или цепных машинах со скоростью опускания стола (скоростью литья) 1,7...28,5 см/мин; круглые слитки диаметром до 300 мм успешно отливают на роли­ковых (валковых) машинах; значительно реже используют маши­ны с гидравлическим приводом, так как они требуют сложного устройства для поддержания постоянной скорости литья. Схемы перечисленных машин приведены на рис. 156.

Круглые сплошные слитки используют для получения профи­лей, прутков, поковок и штамповок, полые — для изготовления бесшовных труб; плоские слитки предназначены для изготовле­ния листов и плит.

В серийном производстве круглые сплошные слитки отливают диаметром 55... 1100 мм, а полые наружным диаметром 150...850 мм и внутренним диаметром 50...600 мм. Длина их обычно не превышает 4...6 м. Плоские слитки изготавливают толщиной

200.. .500 мм и шириной 900... 1700 мм; длина их колеблется от 1 до 6,5 м.

Плоские слитки из алюминия и низколегированных сплавов (ДЦ00, ДДО, АД1, АД, АМц, АМг2 и др.) из-за трудностей разрез­ки прокатывают, как правило, вдоль направления литья. Поэто­му их отливают длиной 1...2 м. Слитки из этих сплавов имеют обычно прямоугольное сечение. Заготовки из высоколегирован­ных сплавов (Д1, Д16, Д19, Д20, АМгЗ, АМг5, АМгб, АК8, АК4, АК6 и др.) склонны к разрушению в начальный период горячей прокатки. Поэтому их прокатывают поперек направления литья, а для предотвращения раскрытия заготовки боковым граням при­дают выпуклую треугольную форму с внутренним утлом 110*. Длина отливаемых слитков из высоколегированных сплавов должна быть кратна длине заготовки (6...6,5 мм).

Для получения слитков указанного сортамента применяют кор­пусные (рис. 157) и гильзовые (рис. 158) кристаллизаторы сколь­жения, а также электромагнитные кристаллизаторы. Корпусные кристаллизаторы для отливки круглых сплошных слитков состо­ят из двух основных частей — корпуса и гильзы. Корпус изготав­ливают из сплавов Д1 или АК6, а гильзу из дуралюмина. Внут­реннюю поверхность гильзы полируют. Для отливки слитков из сплавов, не склонных к образованию трещин и не требующих мер против образования неслитин, используют кристаллизаторы самой простой конструкции (рис. 157, а), более сложные крис­таллизаторы (рис. 157, б) с конусностью по внутреннему диаметру в верхней части используют для отливки слитков диаметром бо­лее 300 мм из сплавов, склонных к образованию трещин и несли­тин. Величину конуса принимают равной 2°, а высоту конусной части кристаллизатора 60...80 мм. Кристаллизаторы для отливки полых слитков (рис. 157, в) имеют водоохлаждаемый стержень, образующий внутреннюю поверхность слитка. Высоту стержня принимают равной высоте кристаллизатора или несколько мень­ше, конусность 1 : 15.

Кроме обычного способа непрерывного литья, для получения литых заготовок из алюминиевых сплавов небольшого сечения применяют ряд специальных способов. Один из них - получение литой проволочной заготовки диаметром 6...8 мм - предложил В. Г. Головкин в 1943 г.

Установка для получения литой проволоки состоит из печи, роликов с системой охлаждения и барабанов для намотки литой проволоки (рис. 162). Емкость печи 0,5...1 т, глубина ванны 100...150 мм. В ванне имеется перегородка, отделяющая загрузочную ка­меру от разливочной, в которую металл перетекает через отвер­стие в перегородке у подины. Назначение перегородки — удер­жать шлак и предотвратить колебания уровня расплава при заг­рузке шихты. Металл вытекает из разливочной камеры через от­верстия в асбошиферных матрицах; число отверстий достигает

8.. . 12 штук. Отверстия в матрицах располагают на расстоянии около 5 мм от уровня расплава в печи. Это расстояние строго соблюда­ют, так как скорость движения затвердевающей заготовки долж­на быть точно равна скорости истечения расплава. Поэтому заг­рузку металла в печь производят мелкими порциями. Вытекаю­щая из матрицы струя металла попадает под сильное водяное охлаждение, образующаяся заготовка подхватывается приемным роликом и далее 3...4 парами тянущих роликов. Затем заготовка наматывается на барабан. Литье алюминиевых сплавов ведут обыч­но при 700...710 °С со скоростью 30...45 м/ч. Получаемая прово­лочная заготовка имеет грубую структуру с вытянутыми вдоль заготовки кристаллами.

Для отливки слитков крупного сечения с высокой плотностью центральных зон и низкими внутренними напряжениями с успе­хом используют способ погружения изложницы в воду. Этот спо­соб был предложен известным русским металлургом А. С. Лавро­вым в 70-х годах прошлого века для стали, однако из-за трудно­стей в подборе материала изложницы получил применение лишь для отливки слитков из алюминиевых и магниевых сплавов.

Сущность этого способа (рис. 163) состоит в следующем. Рас­плав заливают в тонкостенную стальную изложницу, которою помещают в печь. В печи поддерживают температуру 730...750 С. После выстаивания расплава в изложнице в течение 20...40 мин, необходимых для отделения оксидов и флюса, стол, на котором стоит изложница, начинают медленно (со скоростью

0, 8...1,2 м/ч) опускать в воду. Интенсивное охлаждение позволя­ет вести кристаллизацию направленно снизу вверх при неглубо­кой лунке, что помогает избежать в слитках создания темпера­турных напряжений и зональной ликвации.

Основные недостатки способа погружения: громоздкость ус­тановки, низкая производительность и меньший, чем при непре­рывном литье, выход годного, обусловленный необходимостью обработки слитков для удаления конусности по высоте.

Для получения литых заготовок малых сечений используют также способ, предложенный Проперци, рассмотренный выше.