Написать инструкцию по определению содержания водорода в сплаве методом первого пузырька

Сплав АЛ11 (АК7Ц9)

 

Плотность =2940 кг/м³

Предел прочности на разрыв (Н/мм²) =250 (Н/мм²)

Т_sol=570^oC

T_liq=662^oC

∆T_кр=92

 

Основной химический состав

Сплав АЛ11	Si	Zn	Al
	6-8%	10-14%	77.2-86.9%

 

Fe	Mn	Mg	Cu
До 1,5	0.5	0.1-0.3%	До 0,6%

Допустимое содержание примесей (не более %)

 

Анализ процесса взаимодействия сплава с газами

 

Оценить возможность образования в отливке дефектов, обусловленных взаимодействием сплава с водородом, кислородом и другими газами

При взаимодействии сплава с газами (Н, О₂, N) возможно образование следующих дефектов: газовая пористость, газовые раковины, неметаллические включения.

Взаимодействие с газом может протекать по эндотермической и по экзотермической реакции. Взаимодействие водорода со сплавом протекает по экзотермической и эндотермической реакциям. В данном случае водород взаимодействует по эндотермической реакции. Это приводит к образованию в сплаве раствора водорода, а в дальнейшем при кристаллизации возможно образование газовой пористости или газовых раковин.

С кислородом, все металлы взаимодействуют по экзотермической реакции, при этом образуется окислы. Окислы образуют в отливках дефекты в виде окисных плёнок и окисных частиц.

Образующиеся в отливке перечисленные дефекты резко снижают эксплуатационные свойства детали (механические свойства, герметичность, коррозиестойкость).

Данные дефекты литья можно избежать путём: плавки металла в вакууме, плавки под слоем защитного флюса или плавкой в нейтральной среде.

Предложить теоретически обоснованные мероприятия, направленные на предупреждение насыщения водородом сплава в процессе его приготовления

Источником насыщения водородом в сплавах является влага, которая может находиться:

- в воздухе

- на поверхности плохо просушенного плавильного инструмента или плавильной печи

- на поверхности шихты

Для предупреждения насыщением водородом сплава применяют следующие меры. Так как основное количество водорода в процессе плавки сплав получает из влаги содержащейся на поверхности шихты, плавильного инструмента и атмосферы печи. Необходимо просушить шихтовой материал также необходимо просушить плавильный инструмент, печь и тигель. Для того, что бы в процессе плавки расплав не взаимодействовал с атмосферой печи, плавку следует производить под покровом защитного флюса.

 

Предложить теоретически обоснованный метод дегазации сплава перед заливкой

 

Дегазация путём диффузионного удаления водорода.

Обработка нейтральными (Ar, N₂) или активными (CL₂) газами.

Нейтральный газ не должен содержать водяных паров. В начальный момент образования пузырька нейтрального газа парциальное давление водорода в нём приблизительно равно нулю, поэтому расплав по отношению к пузырьку газа является пересыщенным раствором и водород диффундирует из расплава в пузырёк, поднимается с ним на поверхность и удаляется из металла.

    H

 

                           H H

Ar

 

 

     H

 

CL₂ является активным газом взаимодействующим с жидким металлом, чистый CL при дегазации не используется т.к. он является отравляющим веществом. Поэтому применяются хлористые соли .

Например MnCl₂:

 

3MnCl2+2Al→2AlCl3↑+Mn

 

Эта соль наиболее удобна в применения вследствие её меньшей гигроскопичности (по сравнению с ZnCl2, AlCl3) . Её достаточно просушить в сушильном шкафу при температуре 110-115С. Обычно в сплав вводят 0,05-0,1% соли к массе расплава. Соль вводится в расплав при температуре 710-730С при помощи колокольчика. Операцию рафинирования считают законченной после прекращения выделения пузырьков газа. После рафинирования с поверхности расплава снимают шлак, сплав выдерживают не менее 5-10минут перед заливкой в формы.

 

Написать инструкцию по определению содержания водорода в сплаве методом первого пузырька

 

Метод первого пузырька (метод МАТИ) используется для определения содержания водорода в расплаве перед заливкой отливок. Является экспресс методом, определяющим качество обработки расплава и вероятность образования пористости.

 

 

Установка типа МАТИ состоит из следующих элементов: герметичного вакуумного котла с корпусом 7 и крышкой 5, в которой имеется смотровое окно 3; электропечи сопротивления 6 с тиглем 4 (стальной с обмазкой или корундовый); хромель-алюмелевой термопары 2 с диаметром проволоки 0,5—0,8 мм, на которую надевают керамический чехол диаметром 5—7 мм, длиной 50 мм; регистрирующего прибора 8; форвакуумного насоса 1 типа ВН-461, РВН-20 или ВН-494; механического манометра 11 со шкалой от 0 до 101,08 -103 Па (0—760 мм рт.ст.) для грубого замера давления; стеклянного U-образного манометра 12 со шкалой от 0 до 26,6*103 Па (0—200 мм рт. ст.) для более точного замера давления

Содержание водорода в пробе металла  в см3 на 100 г металла рассчитывают как среднее арифметическое двух параллельных определений по таблицам или номограммам, полученным по формуле

 

Lg S = -A/T+B+1/2•Lg P_атм

 

где Т — температура расплава, замеренная в момент появления первых пузырьков на поверхности зеркала расплава; Р — давление над металлом, Па, замеренное в момент появления первых пузырьков на поверхности зеркала расплава.

Исследуемый металл помещают в вакуумную камеру, электро-печь поддерживает температуру металла = 700-750⁰С, в камере создаётся разряжение, через линзу наблюдают образование первого пузырька, при это фиксируют температуру металла, в градусах кельвина и давление в вакуумной камере по этим показателям рассчитывают концентрацию водорода которая в этот момент равна его растворимости.