Неметаллические включения

Такие включения попадают в сплав:

1) из исходных материалов,

2) образуются в процессе плавки и разливки,

3) переходят в сплав из шлака, футеровки печи или (и) ковша.

Включениями могут быть окислы, сульфиды, нитриды и другие вещества. Неметаллические включения в затвердевающем сплаве являются телами, нарушающими сплошность и единообразие структуры.

Металлы с высоким сродством к кислороду при заливке форм окисляются с поверхности.

Оксидная пленка может быть:

· либо сплошной и относительно прочной (например, при разливке Аl сплавов или хромистых сплавов),

· либо разрываться при движении металла (магний, цинк) и перемешиваться с ним.

При больших скоростях потока жидкого металла оксиды, образующие сплошную пленку, также могут разрываться и вихревыми потоками перемешиваться с расплавом.

Кроме продуктов взаимодействия расплава с атмосферой (оксиды) в металле могут быть неметаллические включения, попадающие в сплав вместе с шихтой.

Источником неметаллических включений могут быть химические реакции, происходящие в сплаве в результате, например, раскисления или другого целенаправленного процесса удаления нежелательных примесей. В резуль­тате таких реакций образуются нерастворимые в расплаве вещества (окис­лы, нитриды и пр.).

Неметаллические включения оказывают решающее влияние на комплекс свойств сплавов. Причем, не только их количество влияет на свойства сплавов, но также их природа, размеры, форма, место расположения в металлической матрице сплава.

Размеры таких включений колеблются от долей мкм до десятков мкм.

По форме неметаллические включения делятся на:

· округлые,

· кристаллические дендритные,

· пленочные.

Особенно заметно ухудшают свойства сплавов неметаллические включения имеющие остроугольную или вытянутую форму (они являются концентраторами напряжений) и располагаются по границам зерен в виде пленок или цепочек. Подобными включениями могут быть, например, сульфиды железа, окись алюминия и пр. Благоприятная форма включений - округлая, при которой влияние на свойства оказывают включения, расположенные не по границам зерен, а внутри последних. Поэтому их стремятся (если нельзя удалить полностью) округлить - глобализировать, например, за счет введения в сплав Ca, Ba, и других редкоземельных металлов, которые образуют легкоплавкие шлаки при взаимодействии с неметаллическими включениями.

Неметаллические включения делятся на:

· растворимые в основе сплава в жидком состоянии и

· мало- или почти нерастворимые в основе сплава в жидком состоянии.

Первые формируются в качестве самостоятельной фазы только при кристаллизации, вторые - могут находиться в жидком металла в виде мелких частиц.

Методы борьбы с нерастворимыми неметаллическими включениями:

· отстаивание сплава (эффективно при крупных включениях);

· обработка сплавов флюсами, растворяющими включения и переводящими их в шлак (это относится преимущественно к цветным сплавам);

· фильтрация сплава перед или во время заливки в форму. (При фильтрации сплав пропускают через пористую среду, которая может либо просто отфильтровывать неметаллические включения, либо задерживать их вследствие химического взаимодействия с ними. Для успешного осуществления процесса фильтрации необходимы предварительный подогрев материала фильтра или создание над фильтрующимся сплавом вакуума. В качестве материала фильтра для фильтрации легких сплавов применяют синтетический корунд, глинозем, обожженный чистый магнезит, циркон, карбид кремния и пр. Фильтрацию можно совместить с продувкой жидкого сплава нейтральным газом. В этом случае наряду с удалением неметаллических включений достигается и определённая степень дегазации.

· продувка сплава нейтральными газами (При продувке расплавов нейтральными газами пузырьки его прилипают к поверхности частиц неметал.включений и облегчают их всплывание на поверхность расплава. При этом всплывание неметал.включений ускоряется за счет эффекта барботажа).

Методы борьбы с растворимыми включениями:

· перевод их в нерастворимые (например, за счет раскисления);

· ускорение затвердевания сплава.