TECHNOLOGIE I (slévání a svařování) Přednáška č. 4: Tavení slévárenských slitin, příprava tekutého kovu (grafitických litin, slitin: hliníku, hořčíku, zinku).
Autoři přednášky:
prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie
TE I
Tavení slévárenských slitin
Přednáška č. 04
Tavení slévárenských slitin – je příprava taveniny příslušné roztaveného kovu; • zde závisí, zda-li jde o slitinu Fe – C (LLG, LKG, LČG, ocel na odlitky), množství surovin pro tavení se stanovuje výpočtem, aby odpovídalo chemickému složení materiálu vyráběného odlitku; • pokud tavíme slitiny neželezných kovů, k tomuto účelu se nakupují slévárenské housky příslušných slitin, které mají různý tvar.
TE I
Tavení litin
Přednáška č. 04
Tavící zařízení pro výrobu litin - závisí o jaký typ litiny se jedná (LLG, LČG, LKG). 1.Kuplovny – jsou šachtovité pece, které slouží především pro výrobu LLG; 2.Středofrekvenční indukční pece – slouží pro výrobu LKG, LČG i LLG; 3.Obloukové pece – slouží především pro přípravu tavenin ocelí, kde chceme rafinovat taveninu.
Kuplovna není vhodná pro výrobu tavenin LKG a LČG, neboť obsahuje větší množství cca 0,1 %S a 0,1 %P. Síra se slučuje s modifikátorem (především Mg) a nedochází k modifikačnímu účinku, který je nutný pro krystalizaci kuličkového i červíkovitého grafitu.
TE I
Kuplovna
Přednáška č. 04
Kuplovna - je šachtová pec, vysoká cca 5 m, skládá se z těchto hlavních částí: komína, sazebny, šachty a nístěje, pro vhánění vzduchu slouží větrovod s dmyšnami. Důležitá je také žáruvzdorná vyzdívka pece.
TE I Přednáška č. 04
Vsázkové suroviny do kuplovny Kovové suroviny:
- surové železo - vratný materiál - litinový šrot - ocelový šrot - feroslitiny
Palivo:
- koks (CaC2 – částečná náhrada koksu, lepší nauhličení vsázky)
Struskotvorné přísady:
- vápenec - CaCO3 (dolomit – CaCO3.MgCO3 – zvýšení tekutosti) (kazivec CaF2 – zvýšení tekutosti - zřídka)
TE I
Kuplovny
Přednáška č. 04
• životnost vyzdívky v kuplovně je cca 1 den, proto bývají dvě kuplovny vedle sebe (v jedné se taví, druhá se opravuje) Pohled na spodní část kuplovny
Převzato z podkladových materiálů firmy STS Slévárna Zábřeh, únor 2013
TE I
Indukční pece
Přednáška č. 04
V průmyslové praxi se používají pro tavení litin středofrekvenční indukční pece, které jsou univerzálnější; na základě elektrických veličin jde zvýšit teplota v peci. • bývají alespoň dvě pece vedle sebe, • pro výrobu LLG se vsází se surové železo, vratný materiál, litinový šrot, ocelový šrot, feroslitiny, struskotvorné látky.
Schéma a zapojení pece
TE I Přednáška č. 04
Tavení a metalurgická příprava LKG a LČG
Tavení LKG a LČG probíhá též ve středofrekvenčních indukčních
pecích Vsázka: surové ocelárenské železo, vratný materiál, očkovadlo, modifikátor, struskotvorné přísady.
Očkování LLG a modifikace LKG a LČG
TE I Přednáška č. 04
Po roztavení je nutno tavenu litin ještě „metalurgicky ošetřit“ • LLG – se před odlévání očkuje; • LKG a LČG – se před odléváním modifikuje i očkuje. Očkování LLG – se provádí za účelem jemnějšího a pravidelnějšího vylučování grafitu i homogenizaci matrice litiny, očkování se potlačuje vznik zákalky (vylučování ledeburitu) v tenkých stěnách LLG; • očkovadla jsou nejčastěji na bázi FeSi75. Modifikátory pro LKG - jsou na bázi kovový Mg, cér, nebo předslitiny na bázi: Si – Mg - Ca – Al Modidifikátory pro LČG – jsou předslitiny na bázi Si-Mg-Ca- AL – Ti. Modifikace taveniny se provádí za účelem získání kuličkového nebo červíkovitého grafitu, tj. za účelem výroby odlitků z LKG a LČG.
TE I
Očkování LLK a LČG
Přednáška č. 04
• při výrobě litiny s kuličkovým i červíkovým grafitem, je také nutné očkování; • především je to z hlediska karbidotvornosti modifikátorů. • je-li používán modifikátor (při výrobě LČG) , pak je doporučováno vysoce účinné očkovadlo na bázi FeSi 75 dávkování očkovadla se používá 0,3 až 0,8 hmot %. Modifikátor i očkovadlo se přidává do taveniny litiny těsně před odléváním.
TE I Přednáška č. 04
Nejčastěji používané metody modifikace taveniny LKG a LČG V praxi existuje několik metod modifikace: 1. 2. 3. 4. 5.
Metoda Sandwich Metoda Tundish Moduifikace v autoklávu Modifikace v +GF+ konvertoru Modifikace In – mould
1
5
2
3
6
TE I
Tavící zařízení slitin hliníku
Přednáška č. 04
Pro tavení slitin hliníku se používají pece s různým typem vyhřívání. Z důvodu rychlé oxidace slitin hliníku jsou vhodné pece, které vykazují mírné redukční prostředí, to jsou pece plynové. Pro tavení slitin hliníku se používají tyto pece: 1. Plynové pece; 2. Odporové pece; 3. Tavící šachtové pece firmy Striko; 4. Udržovací vanové pece; 5. Dávkovací pece Striko Westofen Housky příslušné slitiny se vkládají do tavící pece, po roztavení, ještě před odléváním, je nutno taveninu slitin hliníku metalurgicky ošetřit.
TE I Přednáška č. 04
Druhy tavících pecí slitin hliníku
Plynová pec DEL Obrázky byly přejaty z propagačních materiálů firem Nemak Most a TOKOZ, a.s., září 2012
Odporová kelímková pec
TE I
Tavící pece slitin hliníku
Přednáška č. 04
Tavící pece plynové kelímkové
Plynová kelímková pec STROCO WESTOFEN
TE I
Tavící pece slitin hliníku Tavící elektrické odporové pece
Elektrická odporová kelímková tavící pec MORGAN
Přednáška č. 04
TE I
Pece pro tavení slitin hliníku
Tavící šachtová pec Striko
Obrázky převzaty z propagačních materiálů firmy Nemak Most, září 2012
Přednáška č. 04
TE I Přednáška č. 04
Tavící pece STRIKO WESTOFEN Šachtová tavící pec STRIKO WESTOFEN
Metalurgické ošetření tavenin hliníku před odléváním Metalurgické operace slitin hliníku jsou: 1. Použití krycích solí již během tavení 2. Rafinace taveniny; 3. Odplynění taveniny; 4. Modifikace taveniny; 5. Očkování taveniny.
TE I Přednáška č. 04
Zařízení pro odplynění slitin hliníku
TE I
Modifikace slitin hliníku
Přednáška č. 04
Strukturu a vlastnosti slévárenských slitin hliníku lze ovlivnit úpravami taveniny (tekutého kovu) před jejím odléváním. Tak, že do traveniny se přidává malé množství vhodné látky, která ovlivňuje proces kystalizace taveniny. Existují dvě možnosti ovlivnění krystalizace slitin hliníku (modifikace a očkování). Modifikace – úprava tekutého kovu (přidání určitého množství modifikátoru), kterou se ovlivňuje způsob růstu krystalizačních zárodků a důsledkem jsou změny vyloučených fází (např. způsob krystalizace křemíku ve slitinách Al-Si). Očkování - úprava tekutého kovu (přidání určitého množství očkovadla), kterou se ovlivňuje počet krystalizačních zárodků a důsledkem je zjemnění struktury fáze, která vzniká přímo z taveniny (např. zjemnění fáze a (v postatě hliníku) ve slitinách Al-Si).
TE I
Modifikace slitin hliníku
Přednáška č. 04
Modifikace slitin Al-Si (siliminů)
• účelem je změna tvaru křemíku (jemnější), který se vylučuje při eutektické teplotě; • modifikací siluminů se zvýší mechanické vlastnosti především tažnost; • modifikací se změní poloha eutektické teploty v diagramu Al-Si
TE I Přednáška č. 04
Tavení slitin hořčíku Při tavení slitin hořčíku je nutné brát v úvahu, že kyslík se razantně slučuje s hořčíkem (může i hořet). Vsázku je třeba před tavením dostatečně vysušit, resp. předehřát ve speciálním zařízení;
Tavící pec pro slitiny hořčíku má speciální konstrukci
Předehřívací zařízení slitin Mg před tavením
TE I Přednáška č. 04
Specifika tavících pecí hořčíku Tavící pece mají speciální konstrukci, která chrání vsázku pro okysličování – vsázecí zařízení; • tavící pec – Highlights Mg – Pumpe CTP- skládá se ze dvou komor tavící a odplyňovací, po odplynění tavenina proudí k tlakovému stroji
Vsázecí zařízení pece pro tavení slitin hořčíku
Pec pro tavení MG slitin s komplexní rafinací
TE I Přednáška č. 04
Vsázka pro výrobu odlitků ze slitin hořčíku
Kovová vsázka - hotové slitiny dodávané hutěmi ve formě housek, vratný materiál, legúry. • nekovové složky - legující přísady, které se vsázkují ve formě solí mangan - MnCl2, zirkon - K2ZrF6, atd. • vratný materiál - vtokové soustavy, nálitky, přetavené třísky, atd. • tavidla. • soli, které se používají na zaprašování tekutého kovu a struskotvorné přísady.
TE I Přednáška č. 04
Rafinace slitin hořčíku před odléváním Rafinace hořčíkových slitin - se provádí za účelem odstranění nekovových částic, vodíku i nežádoucích příměsí taveniny před odléváním. • rafinace se nejčastěji provádí rafinačními solemi tak, že se tavenina ohřívá na určitou teplotu (v závislosti od složení slitiny). • na její povrch se nasype vysušená rafinační sůl (1 % hmot. taveniny) a vmíchá se do taveniny. Nechá se působit a postupně se z povrchu taveniny odebírají její zplodiny. • tavenina je vyčištěna pokud její povrch je zrcadlově čistý. • další možnost čištění taveniny je profukování argonem při teplotě taveniny cca 750 °C, popř. dusíkem a chlorem.
TE I
Tavení slitin zinku
Přednáška č. 04
Tavení slitin zinku - slitiny zinku se taví v plynových nebo elektrických pecích; • slitiny zinku vykazují nízký tepelný obsah při licí teplotě. Ten je nízký díky nízké hodnotě latentního krystalizačního tepla (LKR je cca 100 000 J.kg-1) a měrně tepelné kapacitě (c je 390 J.kg-1.K-1); • zinek nevykazuje takovou slučivost s kyslíkem jako hořčík nebo hliník, a proto tavení zinkových slitin není tak náročné; • • pro tavení se nejčastěji používají plynové nebo elektrické pece • jen je třeba předejít případnému nasycení taveniny škodlivými kovovými prvky. Proto se doporučuje tavit v kelímcích z SiC (nedoporučují se používat kelímky, které dříve sloužily pro tavení jiných slitin). Před odléváním není nutné provádět rafinaci a odplyňování slitin zinku a pro tavení se nemusí používat žádné tavící přípravky.
TE I
Tavení slévárenských slitin
Přednáška č. 04
Literatura: [1] NOVÁ, I.: Technologie I. [Skripta], FS-TU v Liberci 2006. [2] MICHNA, Š., NOVÁ, I.: Technologie zpracování kovových materiálů. 1. vyd. Adin Prešov, 2008. [3] VETIŠKA, A.: Teoretické základy slévárenské technologie. 1. vyd. Praha 1974. [4] ROUČKA, J.: Metalurgie neželezných slitin. [Skripta]. VUT Brno, 2006.
