29.03.2018

Ликвация в слитках непрерывного литья из чистого алюминия


Зибель, Альтенполь и Коен изучали вопрос о связи качества наружной поверхности слитков из чистого алюминия с проявлениями ликвации.

Полунепрерывным способом отливались плоские слитки сечением 600x150, 520х160 и 420x130 мм. Высота кристаллизатора составляет 100 мм в первых двух случаях и 80 и 90 мм в последнем. На кристаллизаторах не было предусмотрено конусности. Рабочая ,поверхность была частично полированная, частично рифленая. Температура литья 680—700°, скорость изменялась от 50 до 135 мм/мин. Глубина лунки колебалась от 15 до 140 мм. Металл подавался различными способами (открытым желобом, раздаточной чашей и т, д. ).

Изучались наплывы только на широких сторонах слитка. Было установлено, что форма наплывов не зависит от чистоты металла в исследованных пределах (99,0—99,85%). Исследователи различают два типа наплывов: «статистически случайные» и «периодические». «Случайные» наплывы располагаются беспорядочно, изредка в виде строчек по ходу слитка. Иногда они принимают форму беспорядочно располо-женных завихрений. Эти наплывы не всегда находятся на всей наружной поверхности слитка. Иногда они появляются только посередине грани слитка, где поверхность имеет наивысшую температуру.

Периодические наплывы, напротив, образуются исключительно по краям граней и, кроме того, у основания слитка по всей ширине грани, а также там, где температура поверхности была наименьшей. Ho в большинстве случаев они занимают всю поверхность слитка. Количество периодических наплывов возрастает с увеличением глубины лунки, т. е. с повышением скорости литья. При кристаллизаторах с полированными стенками появляется больше наплывов, чем при кристаллизаторах с рифленой поверхностью. В последнем случае на рабочей поверхности имеются вертикальные риски: 10—20 рисок на 10 мм; глубина рисок 0,8 мм. При гладких кристаллизаторах преимущественно образуются периодические наплывы.

Химический анализ металла на различной глубине от поверхности под наплывами показал наличие обедненной примесями зоны толщиной 5—20 мм. Величина этой зоны не зависит от чистоты исходного металла. Несимметричный ввод металла увеличивает ширину обедненной зоны в данном месте. Величина ее также возрастает с повышением скорости литья. Рифленый кристаллизатор дает большую (на 3—8 мм) ширину обедненной зоны, чем кристаллизатор с гладкими стенками. Было замечено, что наличие Этой обедненной зоны не связано с наружными выделениями. Особенно это относится к рифленым кристаллизаторам. Отмечено также, что наименьшее обеднение подповерхностной зоны Наблюдается при наиболее равномерной подаче металла по всей площади зеркала лунки.

Наибольшее обогащение железом обнаружено в наплывах. Литейная корка по отношению к более глубоким слоям обогащена примерно в такой же степени. Наименьшее содержание железа (0,5—0,65%) отмечено непосредственно под наплывом. На глубине 20 мм содержание железа достигает среднего значения. Кремний ликвирует аналогично железу, В наплывах содержится 0,4% Si. Отсюда вытекает, что в исследуемом металле было ненормально высокое содержание железа. Большая ликвация (в %) железа, по сравнению с кремнием, станет понятной, если учесть, что железо частично выделялось в виде FeAl3.

Повышение уровня металла в кристаллизаторе вызывало более редкое расположение отдельных наплывов относительно друг друга. Влияние глубины лунки на расположение наплывов не было однозначным, поскольку глубина лунки зависит от температуры литья, способа подачи металла и скорости литья. При очень низком уровне металла в кристаллизаторе и плоской лунке обедненная подповерхностная зона отсутствует. При очень плоской лунке появляются неслитины, так как температура расплава в лунке становится столь низкой, что на стенках кристаллизатора время от времени появляется твердая корка. Вновь поступивший жидкий металл ложится поверх этой корки и из-за поверхностного натяжения не сливается с ней, так получается неслитина.

Статистически Случайные наплывы связаны с существованием обедненной зоны на глубине 3—45 мм. Их интенсивность увеличивается с ростом глубины лунки. Возникновение периодических наплывов объясняется прежде всего повторяющимся увеличением зазора, который образуется из-за усадки наружной корки.

Зазор ухудшает теплопередачу в радиальном направлении, и вследствие выделяющейся теплоты кристаллизации и перегрева температура наружной корки, вновь повышается и приближается к солидусу. Периодические наплывы появляются как раз тогда, когда температура на поверхности слитка доходит до солидуса. На этом участке, вероятно, расплавляются затвердевавшие в последнюю очередь порции расплава, Залегающие между осями дендритов. После этого первично затвердевшая корка раздается, по диаметру под действием металлостатического давления и воздушный зазор уменьшается. Условия теплоотвода на участке слитка над образовавшимися наплывами улучшаются, охлаждение усиливается и воздушный зазор вновь возрастает, затем процесс повторяется.

Зависимость между расстоянием от одной группы периодических наплывов до другой и высотой уровня металла в кристаллизаторе авторы объясняют следующим образом. Чем толще затвердевшая корка на участке образования будущих наплывов, тем больше времени пройдет до моменте достижения температуры солидуса на поверхности слитка и образования самих наплывов. Толщина затвердевшей корки увеличивается при повышении уровня металла в кристаллизаторе. Полностью не было выяснено, под действием каких сил вытекает жидкость, образующая периодические наплывы. Внутренняя граница обедненной подповерхностной зоны глубиной до 15 мм показывает положение изотермы солидуса перед обратным перемещением ее к поверхности слитка. Когда это происходит, обогащенный расплав под действием металлостатического давления во межкристаллитным каналам вытекает на поверхность. С другой стороны, можно предположить, что периодические наплывы выдавливаются из-за расширения при расплавлении наиболее низкоплавких структурных составляющих.

Альтенполь обнаружил существование обедненного подповерхностного слоя на глубине до 15 мм на слитках непрерывного литья из чистейшего алюминия. Эти слои четко выявляются при химической полировке листов.

Кавашима и Накамура в 1954 г. подтвердили свои прежние выводы о том, что в плоских слитках непрерывного литья из алюминия (99,0—99,9%) под поверхностью имеется зона, под микроскопом обладающая черной окраской. Они исследовали вопрос о взаимозависимости между этой темной зоной, ликвационной зоной, периодическими наплывами на поверхности и усадкой на гранях. На алюминии высокой чистоты они обнаружили «сетчатую» структуру, возникшую из-за ликвации, в слое на глубине около 10 мм под поверхностью; эта структура совпадает с темной зоной. Толщина ликвационной зоны 4— 5 мм; в ней содержится наибольшее количество железа. Отжигом эту зону ликвидировать не удается. На алюминии обычной чистоты ликвационная зона выражена в меньшей степени. В алюминии чистоты 99,7% наибольшее содержание железа отмечается в темной зоне. При алюминии чистоты 99,5% усадка на гранях очень мала, а периодические наплывы значительны. На слитках из этого же сорта алюминия, полученных в изложницах, не встречаются ни темная, ни ликвационные зоны, но в центре обнаруживаются межкристаллитная пористость и пустоты. Кроме того, распределение железа вблизи поверхности очень неравномерно.

В последующей работе Альтенполь показал, что дендритная ликвация способствует макроликвации в связи с резким измельчением зерна вблизи поверхности и под влиянием сильного охлаждения в середине слитка. Из-за дендритной ликвации металл по границам зерен содержит большое количество примесей и имеет значительно более низкую точку плавления, чем равновесная температура кристаллизации сплава. При нагревании шлифов от слитков на столике микроскопа в ликвационной зоне интенсивно оплавлялись пограничные отложения в случае чистейшего алюминия при 650°, в случае алюминия чистоты 99,5% — при 632°. Количество загрязнений по границам зерен может в 10 раз превышать их среднее содержание в сплаве.

Макроскопическая ликвация, обнаруживающаяся на глубине 15 мм, может вызвать, даже в случае фрезеровки слитков, появление пузырей на листах при отжиге или же резко ухудшить их коррозионную стойкость. Кроме того, макроскопическая ликвация или сильная местная дендритная ликвация, могут сказаться на деформируемости металла (например, вызвать фестонистость).

Большое влияние на ликвацию в слитках оказывает система подачи расплава в кристаллизатор. Чтобы контролировать появление наплывов, желательно все условия литья сохранять постоянными.

Ушиода, Мошимура, Масуяма изучали ликвацию в слитках из алюминия, полученных непрерывным литьем. Они исследовали расплав, слитки, полосы после горячей прокатки, холоднокатаную ленту. Чистота металла была 99,43%. Состав металла в миксере поддерживался постоянным. Механические свойства продукции повышались выстаиванием и дегазацией расплава. Макроструктура слитков была очень мелкой и равномерной. Содержание примесей наибольшее в наружных слоях, наименьшее — в слоях на глубине 2—10 мм от поверхности. Во внутренних слоях содержание примесей было во всех точках одинаково и соответствовало содержанию примесей в расплаве.

Прочность на разрыв и сопротивление удару оказались равными по всему слитку. Микроструктура слитка характеризовалась тремя зонами. В первой, быстро охлажденной зоне микроструктура была очень мелкой. Медленно охлаждавшаяся зона состояла из перистых и крупных равноосных кристаллов. Имелась также зона сильноразвитых дендритов, в которой наблюдались «дождепадающие» кристаллы.

В полосах после горячей прокатки ликвация не была обнаружена ни на поверхности, ни по сечению. Содержание примесей в поверхностном слое оказалось более высоким, чем в срединных слоях. Оказалось, что прочность вдоль прокатки в срединных слоях наименьшая вследствие различия температурных условий горячей прокатки и условий охлаждения.

Неравномерности химического состава в ленте после холодной прокатки практически обнаружено не было. Прочность на разрыв по всем направлениям оказалась одинаковой.





Яндекс.Метрика