Влияние смазки кристаллизатора и состава алюминиевого сплава

Нильсен и Кондик в 1957 г. опубликовали результаты исследований зависимости качества поверхности слитков из легких сплавов от смазки кристаллизатора и состава сплава.

Работа имела целью уменьшить или вообще ликвидировать обдирку слитков. Применявшийся кристаллизатор высотой 76 мм и внутренним диаметром 70 мм имел внутреннюю поверхность, полированную или обработанную шлифовальной бумагой для создания вертикальных или горизонтальных рисок. В качестве смазки применяли графит, сало, силикон и их смеси.

В некоторых случаях прямо сравнивали действие смазки; для этого одну половину кристаллизатора смазывали одним составом, другую — другим, служившим эталоном.

Опыты проводили на чистом алюминии, сплаве Al + 12% Si модифицированном и немодифицированном, Al + 7% Mg, Al+ 2,3% Cu + 1,4% Mg + 0,9% Si. Сплавы выбирали таким образом, чтобы одновременно изучить влияние интервала кристаллизации и окисной пленки.

Слитки отливали с прямым охлаждением водой, которая подавалась по кольцевому зазору из кристаллизатора под углом 45°. Расход воды в среднем составлял 80 л/мин. Скорость литья 230 мм/мин на чистом алюминии и силумине и 210 мм/мин на других сплавах. Температура литья была принята на 100° выше ликвидуса.

Полученные результаты сведены в табл. 6.

Характер затвердевания является решающим фактором, влияющим на качество поверхности слитка. Твердая корочка утолщается по направлению к центру слитка и между кристаллами остаются объемы жидкости (если сплав имеет интервал кристаллизации) или же корочка является совершенно твердой. В случае сплавов с интервалом Кристаллизации имеются две главные первопричины пороков на поверхности слитка: трещины и обратная ликвация. Поверхностные трещины появляются из-за того, что затвердевшая корка не может выдержать усилий трения о стенки кристаллизатора. Обратная ликвация является следствием перемещения остаточного расплава к поверхности слитка.

Кристаллизатор и техника литья сказываются на качестве поверхности по той причине, что они влияют на состояние окисной пленки на жидком металле, на механизм ее образования и величину трения между слитком и кристаллизатором.

В кристаллизаторе металл имеет выпуклый мениск, затвердевание металла начинается несколько ниже зеркала. В случае если нет каких-либо помех, окисная пленка вместе с затвердевшей коркой уходит вниз и Получается очень гладкая чистая поверхность.

К сожалению, такой идеальный случай встречается очень редко. Причины этого: прорыв расплава через затвердевшую корку и зависание окисной пленки на стенке кристаллизатора из-за трения. Первое явление вызывает образование вертикальных задиров и царапин. Те условия, которые влияют на прочность затвердевшей корки и трение в кристаллизаторе, должны иметь большое значение для формирования поверхности слитка. Среди этих условий важнейшими являются охлаждение и смазка.

Английские авторы приходят к выводу, что из всех поверхностных пороков наиболее трудно ликвидируются наплывы. Наиболее просто бороться с неслитинами, для этого достаточно повысить температуру металла или уменьшить охлаждение на данном участке. Для борьбы с поверхностными трещинами улучшают условия смазки, уточняют состав сплава, принимают меры к упрочнению возникающей корки.

Первым шагом для уменьшения трения в кристаллизаторе является применение полированной рубашки. Наилучшей смазкой является такая, которая при рабочей температуре на стенке кристаллизатора остается жидкой. Смазка, конечно, может оказать и отрицательное влияние на образующуюся корку. Например, смазка в виде смеси сала с графитом на чистом алюминии дает поверхностные трещины, тогда как силиконовая смазка к этому пороку не приводит.

Образование твердой корки в первую очередь определяется условиями охлаждения и конструкцией системы охлаждения.

При непрерывном литье алюминиевых сплавов самыми большими пороками являются обратная ликвация и наплывы. Существование остаточного расплава между растущими дендритами есть неизбежная особенность процесса затвердевания. Чтобы бороться с поверхностными пороками, следует не допускать выдавливания остаточного расплава к поверхности слитка. Чаще всего причина возникновения наплывов заключается в неравномерности охлаждения. Важнейшим обстоятельством при этом является очертание затвердевшей корки в вертикальной плоскости. Чем протяженнее корка в вертикальном направлении, тем больше вероятность наплывов. Третьим важным обстоятельством является интенсивность охлаждения затвердевающей корки. Хорошо известно, что можно; получить слитки из фосфористой бронзы при непрерывном литье совершенно без наплывов на поверхности, если применять графитовый кристаллизатор и давать охлаждение лишь в той мере, какая необходима только для затвердевания слитка (т. е. не охлаждать его во время литья до комнатной температуры).

Царапины и задиры на слитках непрерывного литья ликвидируются очень легко. Для этого необходимо поставить кристаллизатор с полированной поверхностью, применить соответствующую смазку и не допускать бурления металла в кристаллизаторе.