Неметаллические включения в отлитом металле

Перед обсуждением свойств густеющего флюса целесообразно знать о природе включений, обнаруженных в отлитом металле, так как, кроме воздействия на включения, которые могут быть в металле, идеальный флюс должен также уменьшать опасность появления данных включений на стадии разливки.
Флюосовые включения. В результате большой экспериментальной работы и практических данных установлено, что флюсовые включения в отливаемом металле могут появиться в следующих случаях:
а) наличие на поверхности металла, особенно около краев тигля, неадсорбированного защитного флюса;
б) слишком жесткое флюсовое покрытие или недостаточно тщательно сдвинутое от носка тигля перед разливкой флюсовое покрытие;
в) недостаточное количество металла на дне тигля в конце разливки;
г) небрежное обращение с тиглем при транспортировании из печи к месту разливки и в момент разливки,
д) присутствие хрупкого рассыпающегося флюсового покрытия вследствие длительного времени выдержки металла, что может привести к выносу частиц сухого порошковидного флюса с металлом в формы,
е) неполное удаление корки флюса из носка тигля перед разливкой;
ж) слишком быстрая разливка;
з) загрязнение флюсом формовочной земли, вызывающее попадание хлоридов на поверхность отливок. Это относится только к сплавам, склонным к микропористости (рис. 5). Флюсовые включения, появляющиеся в результате перечисленных выше причин, обычно связаны с окисными пленами.

Первые четыре фактора могут привести к попаданию в форму с металлом, движущимся вдоль стенок, тонкой пленки флюса, которую можно не заметить
Практические пути предотвращения флюсовых включений рассматриваются ниже.
Окисные включения. Причины попадания окисных включений в отливки уже указывались в связи с природой флюсовых включений. Ниже приводится более подробное объяснение этих причин.
1. Нарушение сплошности окисного чулка при разливке. Этому способствуют следующие факторы:
а) недостаточная тщательность очистки поверхности металла перед разливкой, ведущая к получению поверхностной пленки неравномерной толщины;
б) окружение струи металла недостаточным количеством ингибитора или ингибитором, не подходящим для данного сплава;
в) присутствие в сплаве элементов, способствующих образованию нитридов, например натрия и бария;
г) разливка открытой струей с большой высоты;
д) непостоянная скорость разливки.
2 Незаполнение распределительной чаши и желобов металлом.
3. Турбулентность и свободное падание металла в полость формы.
4 Неправильный выбор ингибитора или недостаточное его количество в формовочной земле. Это вызывает местное горение на поверхности отливки и «паукообразную» микропористость в нижележащих слоях металла.
5. Неконтролируемое горение металла в выпорах и литниках, а также случайные толчки не затвердевшей полностью формы
6. Недостаточно тщательное снятие шлака с поверхности металла в тигле перед заполнением крупных форм непосредственно из тигля.
7. Влажная краска на металлических кокилях, желобах и т. д.
8. Неправильное устройство газоотводящих каналов в стержнях и формах.
При значительном горении во время плавления и несоответствующем количестве добавляемого флюса на дне тигля или при непрочном сцеплении со стенками тигля может присутствовать значительная часть окиси, не абсорбированная флюсом. Это может привести к образованию окисных включений по следующим причинам:
а) из-за недостаточного количества металла, оставленного в тигле после разливки;
б) из-за небрежного обращения с тиглем во время разливки.
Включения, образованные таким образом, по-видимому, содержат флюс и поэтому относятся к категории флюсовых. Даже при очень плохом ведении плавки последующее замешивание густеющего флюса, правильно выполненное, абсорбирует и связывает свободную окись около дна и стенок тигля.
Приведенный перечень возможных причин попадания включений в отливки может заставить предполагать, что литье чистого металла является большим искусством и не может быть осуществлено без навыка и опыта. Однако это далеко от истины. При обработке соответствующими флюсами по существу не требуется особого внимания, и в хорошо налаженном литейном производстве флюсовые включения очень редки.

Применение соответствующего густеющего флюса только в качестве покрытия во время разливки плавки позволяет получать металл без флюсовых включений почти безотносительно к условиям плавки, поэтому наиболее важной функцией густеющего флюса является способность образовывать флюсовое покрытие с соответствующими свойствами.
После абсорбции и, следовательно, связывания защитного флюса и создания защитного покрытия с соответствующими свойствами, позволяющего лить чистый металл, второй важной задачей густеющего флюса является максимальное уменьшение опасности флюсовых включений, появляющихся по причинам, указанным выше. Это, по-видимому, является истинной функцией процесса «рафинирования». Во время перемешивания флюс распределяется по стенкам и дну тигля и некоторое количество его может оставаться на поверхности металла. Происходят следующие явления:
а) при вращении металла на его поверхность выносится избыток жидкого флюса, покрывающего стенки тигля немного ниже уровня металла. Такой флюс безвредно абсорбируется первоначальным покрытием из густеющего флюса во время перемешивания или свежим густеющим флюсом, наносимым на поверхность металла после прекращения перемешивания. Это уменьшает опасность флюсовых включений, появляющихся в результате причин, указанных в п. а и б. Центробежное завихрение металла во время перемешивания способствует этому процессу, выталкивая металл, находящийся в контакте со стенками тигля, вверх;
б) густеющий флюс, прибивающийся при перемешивании к стенкам и дну тигля, способен в некоторой степени абсорбировать и связывать имеющийся уже там излишний защитный флюс, уменьшая таким образом опасность включений;
в) при неправильном ведении плавки при перемешивании на поверхность металла выносится в форме раскаленных угольков окись, слабо сцепленная со стенками тигля, в то время как окись, находящаяся у дна тигля, стремится к абсорбции и связыванию флюсом, замешиваемым в металл. Эти явления уменьшают опасность включений;
г) возможно, что вызываемое центральным завихрением движение вверх металла, находящегося в контакте со стенками тигля, способствует прилипанию остаточной взвешенной окиси к флюсу на стенках тигля. Сама мешалка, покрывающаяся флюсом, вполне может уловить во время рафинирования некоторое количество окиси.
Чтобы при разливке образовалось требуемое флюсовое покрытие, флюс должен обладать следующими свойствами.
Консистенция. Флюсовое покрытие должно быть вязким и такой консистенции, чтобы его можно было отвести перед разливкой от носка без оставления заметной пленки или свободных частиц на поверхности металла. Это условие допускает достаточно широкие пределы консистенции, но другие соображения, приводимые ниже, значительно ограничивают эти пределы.
Гомогенность. Покрытие не должно разделяться на более сухой верхний и более тонкий жидкий нижний слои («ликвационный эффект») или образовывать на поверхности сухой рассыпчатый слой («эффект сухой поверхности»).
Способность абсорбировать окись. Густеющий флюс наносят на расплав после окончания плавления. На этой стадии на поверхности металла могут присутствовать лужицы защитного флюса и некоторое количество MgO. При небольшом количестве их обычно не удаляют перед нанесением густеющего флюса. В связи с этим густеющий флюс должен обладать способностью абсорбировать значительные количества окиси, не становясь слишком сухим.
Способность абсорбировать защитный флюс. Флюс должен также абсорбировать значительные количества жидкого защитного флюса, не становясь слишком жидким. Поэтому второе и третье требования ограничивают допустимые пределы консистенции.
Хрупкость при выстаивании. Флюс не должен становиться хрупким, рассыпчатым или слишком твердым во время длительных перегрева или выстаивания в печи.
Нечувствительность к температуре. Флюсовое покрытие должно иметь примерно оптимальную консистенцию при нанесении на металл при любой температуре: от температуры ликвидуса флюса до 950° С.
Отсутствие тенденции к «несмачиваемости». Флюс не должен приобретать тенденцию к «несмачиваемости» при высоких температурах. Некоторые типы флюсов образуют на металле покрытие удовлетворительного вида, но при нарушении этого покрытия флюс быстро расползается к стенкам тигля, оставляя большие площади металла, не защищенные от окисления. Это явление носит название «эффект несмачиваемости».
Способность к растеканию. При нанесении свежего флюса нежелательно, чтобы он имел тенденцию при плавлении к растеканию по всей поверхности. Однако тенденция флюса собираться при плавлении в отдельные лужицы не очень существенна, если не считать повышенное количество, нужное для покрытия металла.
Можно отметить еще два свойства, не связанные с поведением флюса после расплавления сыпучесть и гигроскопичность
Сыпучесть. Флюс должен легко рассыпаться по поверхности металла в виде тонкого порошка. Это свойство является функцией физического состояния компонентов, а также условий хранения.
Гигроскопичность. Гигроскопичность должна быть возможно малой, так как она может привести к многим осложнениям.
Густеющий флюс, применяемый для рафинирования и покрытия, должен хотя бы частично замешиваться в металл и хорошо сцепляться со стенками и дном тигля.
Кроме того, свойства флюса, предназначенного для рафинирования или покрытия, улучшаются при правильном выполнении функций (б) и (в).
Необходимо отметить, что свойства, связанные с вопросом оптимальной консистенции, делятся на две группы с противоположными требованиями. Флюс должен быть относительно сухим для создания покрытия соответствующей консистенции и возможности разливки вскоре после нанесения и в целях обеспечения хорошей абсорбирующей способности в отношении жид кого флюса. В то же время флюс должен быть относительно жидким, чтобы хорошо абсорбировать окись и образовать покрытие требуемой консистенции после перегрева.
Поэтому при использовании единого густеющего флюса для рафинирования и покрытия во время разливки необходимо учитывать эти требования.
Допустимые пределы по составу флюса. Консистенция густеющего флюса должна очень мало меняться при добавлении больших количеств VlgO или защитного флюса. Системы флюсов в значительной степени разнятся в отношении этого свойства, и в то время как можно создать для покрытия при разливке флюс требуемой консистенции на почти любой инертной хлоридной защитной основе с низкой температурой плавления и инертными загущающими агентами (в зависимости от условий, рассматриваемых ниже), не всегда легко подобрать флюс, обладающий достаточно широкими пределами по составу в производственных условиях. В системах с большой допустимой свободой состава возможны все целевые флюсы, удовлетворительно служащие для плавления, рафинирования и покрытия вовремя перегрева и разливки.
Плотность. Соотношение плотностей расплавленного флюса и металла не имеет обычно большого значения, так как практически любой густеющий флюс автоматически имеет достаточно высокую плотность по отношению к плотности рассматриваемых сплавов для возможности быстрою осаждения включений. Однако в случае негустеющих флюсов это имеет место не всегда В известный американский защитный флюс, основой которого служит легкоплавкое соединение 2KCI*MgCl2, входит для повышения плотности небольшое количество BaCl2.