Состав модификаторов и параметры процесса модифицирования алюминиевых сплавов

№ п/п	Состав модификатора	Расход модификатора, %	Температура моди­фицирования, °С
1	Металлический натрий	0,05...0,1	750... 780
2	Флюс (67 % NaF, 33 % NaCl)	1,0...2,0	780...810
3	Флюс (25 % NaF, 62,5 % NaCl, 12,5 %КС1)	1,0...2,0	730... 750
4	Флюс (30 % NaF, 50 % NaCl, 10%КС1, 10 % Na3AlF6)	0,5... 1,0	720... 750
5	Флюс (10 % NaF, 35 % NaCl, 40 % KC1, 15 % Na3AlF6)	1,0... 1,5	740... 760
6	Лигатура Al—Zr (10 % Zr)	0,6...0,8	750... 780
7	Лигатура Al-P (10% P)	0,6...0,8	790... 820
8	Смесь: 20 % красного фосфора, 10 % K2ZrF6, 70% KC1	1,5...2,0	790... 825
9	Смесь: 8 % красного фосфора, 58 % K2ZrF6, 34 % алюмини­евого порошка	0,3 ...0,4	790... 825
10	Фосфорорганические вещества (хлорофос, трифенилфосфат)	0,04... 0,6	760... 780

Опыт ВАЗа и КамАЗа показывает, что воздействие флюсов на металл не должно заканчиваться после его выдачи из плавильно­го отделения. При транспортировке в ковшах и при выдержке в раздаточных печах металл должен защищаться флюсами. В разда­точных печах необходима регулярная замена флюса.

15.2. Плавка сплавов на основе магния

Физико-химические особенности процесса. Магний имеет плот­ность 1,74 кг/дм³, t^ = 650 °С и ^п « 1100°С (при атмосферном давлении). Магний имеет еще большую удельную теплоемкость, чем алюминий, но несколько меньшую скрытую теплоту плавле­ния, а энтальпия жидкого магния при температуре плавления пре­вышает температуру расплавленной стали (1490 и 1260 кДж/кг соответственно).

Плавка магния требует особого внимания и осторожности в связи с его высокой химической активностью. Сплавы магния интенсивно окисляются, а при температуре 430... 600 °С могут вос­пламеняться на воздухе. Магний взаимодействует также с азотом воздуха, образуя нитрид Mg₃N₂. Оксид и нитрид магния образуют на поверхности твердых кусков рыхлую пленку, которая не защи­щает металл от дальнейшего окисления.

Расплавленный магний имеет меньшую плотность, чем его оксид и нитрид, поэтому эти соединения осаждаются на дно ван­ны. Оставшиеся в отливках частицы оксидов и нитридов снижают механические свойства отливок и способствуют образованию в них пористости.

Кислород и азот не растворяются в магниевых расплавах, а водород растворяется в количестве, значительно большем, чем в алюминии, — до 20...30 см³/Ю0 г сплава. Особенно опасно взаи­модействие магния с влагой, так как при этом выделяется водо­род, образующий с кислородом воздуха гремучий газ.

Для защиты жидкого магния от воздействия атмосферы при­меняют один из следующих методов: защита покровными флюса­ми, защита нейтральной по отношению к магнию атмосферой и защитное легирование микродобавками.

Печи для плавки магния. В зависимости от объема производ­ства и массы отливок плавку ведут монопроцессом в тигельных печах или дуплекс-процессом: пламенная отражательная печь- тигельная печь. При производстве мелких отливок используются печи со стационарным тиглем. В этом случае разливку осу­ществляют разливочными ковшами чайникового типа емкостью до 20 кг.

Выемные тигли называются так потому, что после плав­ки и обработки металла их извлекают из печи и используют как заливочный ковш. Выемные тигли обычно используют для произ­водства крупных отливок. Нагрев тиглей производится сжиганием топлива, электрическими сопротивлениями или индуктором. Наи­большее распространение получили индукционные печи с тиг­лем из малоуглеродистой или нержавеющей стали. Учитывая опас­ность взаимодействия магния с водой, в индукционных печах для плавки магния иногда используют индукторы с воздушным ох­лаждением. Графитовые и шамотные тигли не применяют, так как большинство флюсов, используемых при плавке, содержат хло­ристые и фтористые соли щелочных металлов, взаимодействую­щие с материалом тигля и разъедающие его стенки.

Технология плавки магниевых сплавов. Плавка с приме­нением покровных и покровно-рафинирующих универсальных флюсов. Этот способ плавки получил наи­большее распространение в производственных условиях. В табл. 15.3 приведены составы универсальных флюсов ВИ2 и ВИЗ, которые применяются для плавки большей части магниевых сплавов. Флюс ВИЗ применяется для плавки в выемных печах, ВИ2, имеющий большую плотность, — в стационарных тигельных и отражатель­ных печах. Как видно из табл. 15.3, основу флюсов составляет карналлит (MgCl₂, КС1). Добавка MgO увеличивает вязкость шлака, CaF₂ является рафинирующей добавкой, ВаС1₂ облегча­ет отделение шлака от металла и увеличивает его плотность. Для плавки сплавов, легированных редкоземельными элементами (РЗМ), используются флюсы, не содержащие MgCl₂, так как он

Состав наиболее распространенных флюсов для плавки магниевых сплавов

Марка флюса	Содержание компонента флюса, %							Влажность (сверх 100 %)
	MgCl2	KC1	ВаС12	NaCl + + СаС12	CaF2	MgO
ВИ2	38...46	32„.42	5...8	До 8	3...5	До 1,5	До 1,5
ВИЗ	34...40	25...36	—	До 8	15...20	7...10	ДоЗ
Для сплавов с РЗМ		22...26	19...23	52...59	2...5

взаимодействует с РЗМ, увеличивая их потери до 20 % по реак­циям:

2Се + 3MgCl₂ = 3Mg + 2СеС1₃, 2Y + 3MgCl₂ = 3Mg + 2YC1₃, 2Y + 3MgF₂ = 3Mg + 2YF₃.

Плавку магниевых сплавов начинают с проверки состояния тигля. Не допускаются к дальнейшей эксплуатации тигли, имею­щие трещины, сквозные раковины и местные утонения стенки сверх 50 %. В тигель, нагретый до 400...500 °С, загружают флюс в количестве около 10 % от металлоемкости тигля. После расплавле­ния погружают в толщу расплавленного флюса магний первич­ный, возврат и легирующие элементы. Марганец вводят в виде хлористого марганца МпС1₂, цирконий — в виде фторцирконата калия K₂ZrF₆ или лигатуры магний — цирконий. РЗМ добавляют в чистом виде или в виде миш-металла.

Рафинирование под флюсами проводят путем перемешивания расплава движениями мешалки вниз — вверх в течение 5...6 мин при температуре 700...720°С. При этом на поверхность металла добавляют порции сухого измельченного флюса. Расплавленный флюс обволакивает нежелательные примеси, содержащиеся в металле, и при последующей выдержке металла осаждает их на дно тигля. Рафинирование считается законченным, когда поверх­ность металла приобретает блестящий зеркальный вид. После это­го наносят свежий флюс и выдерживают под ним металл в тече­ние 10... 15 мин при 750...800°С. Затем снижают температуру до 700 °С и выдают металл из печи.

Для рафинирования магниевых сплавов используют также про­дувку аргоном при 720...740°С или фильтрацию через сетчатые и зернистые фильтры. Зернистые фильтровальные материалы (маг­незит, графит, кокс в смеси с другими веществами) обеспечива­ют наиболее полную очистку расплава. Стальные сетчатые фильт­ры снижают загрязненность приблизительно в пять раз.

Для связывания водорода в устойчивые гидриды в расплав пе­ред разливкой иногда вводят до 0,1 % Са.

Модифицирование проводят для измельчения зерна и повыше­ния механических свойств магниевых сплавов. Сплавы, содержа­щие алюминий, модифицируют одним из трех способов.

1. Перегревом расплава в стальном тигле до 900 °С и выдержкой при этой температуре в течение 15...20 мин. Во время выдержки расплав магния растворяет в себе небольшое количество железа из стального тигля.

При последующем быстром охлаждении до 700 °С в расплаве образуются мелкодисперсные частицы FeAl₃, являющиеся цен­трами кристаллизации для твердого раствора алюминия в маг­нии.

2. Введением углеродсодержащих добавок в расплав. При 720...750 °С модификаторы (табл. 15.4) разлагаются с выделением углекислого газа, углерод которого восстанавливается магнием. Вступая в реакцию с алюминием, углерод образует тонкодисперс­ные твердые карбиды, являющиеся центрами кристаллизации.

3. Сплавы, не содержащие алюминий, модифицируют присад­кой циркония (0,5...0,7%) или кальция (0,05...0,15%).

Таблица 15.4