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.

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.

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.

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.

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.