Режимы модифицирования магниевых сплавов

Модификатор	Расход, %	Температура модифици­рования, °С	Время, мин
			замешивания	отстаивания
Мел	0,5...0,6	760... 780	5...8	15...40
Мрамор	0,5...0,6	760... 780	5...8	15...40
Магнезит	0,3...0,4	720... 730	8...12	15...40
Гексахлорэтан	0,3...0,4	720... 760	8...12	15...40
Хлорное железо	0,4...0,5	720... 760	5...8	10...40
Цирконий	0,5...0,8	—	7	—
Магниево-циркониевая лигатура (12 % Zr)	10,0	850...900	19...20	10...15
Фторцирконат калия	8...10	930 .	20...30	20...30
Кальций	0,08...0,15	770... 780	—	10...15

Раздачу металла из печи производят ковшами, промытыми рас­плавленным карналлитом или флюсом ВИ2. Остаток металла в тигле, загрязненного неметаллическими включениями и флюсом, после каждой плавки сливают, переплавляют и рафинируют. Этот остаток составляет 25... 30 % объема тигля.

Особенности бесфлюсовой плавки. Большинство флюсов, применяюшихся при плавке магния, содержат хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. При попадании частиц флюса в тело отливки образуются очаги интенсивной коррозии. Интенсивность процесса коррозии объясняется высокой гигро­скопичностью хлоридов:

MgCl₂ + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + 2НС1, 2НС1 + Mg = MgCl₂ + Н₂.

Кроме того, применение флюсов существенно ухудшает усло­вия труда. Поэтому в настоящее время широко применяют плавку в среде нейтральных газов. Плавку ведут в выемных стальных тиг­лях, закрытых крышкой. Во время плавки и разливки под крышку подается защитный газ. Чаще всего в производственных условиях используется смесь сухого воздуха и шестифтористой серы SF₆. Могут быть использованы также углекислый газ и смесь воздуха и фторида бора.

Для снижения окисляемости в магний и его сплавы вводят бе­риллий или кальций. Для сплавов магния, содержащих до 10 % алюминия, достаточно до 0,07 % Be от массы сплава.

15.3. Плавка сплавов на основе цинка

Физико-химические особенности процесса. Цинк является тя­желым легкоплавким металлом; ^ я 420 °С, р = 7,13 кг/дм³. Низ­кая температура кипения цинка (*_кип = 907 °С) ограничивает допу­стимую температуру металла при плавке всех сплавов, в которые он входит. Энтальпия цинка при 500 °С (около 300 кДж/кг) в три раза ниже, чем энтальпия расплавленного алюминия. Удельное электрическое сопротивление расплава цинка 0,35-10~⁶ Омм.

При низких температурах на воздухе цинк окисляется, образуя плотную защитную пленку из Zn0₃- 3Zn(OH)₂. Однако в плавиль­ных печах цинк окисляется по реакциям:

2Zn + 0₂ = 2Zn0, Zn + Н₂0 = ZnO + Н₂, Zn + С0₂ = ZnO + CO.

Для защиты от окисления можно вести плавку в защитной или нейтральной атмосфере, например в среде азота. Однако на прак­тике в большинстве случаев оказывается достаточным не допус­кать перегрева металла выше температуры 480 °С, при которой начинается интенсивное окисление и насыщение газами цинка. При данной температуре цинк и его сплавы не оказывают замет­ного влияния на огнеупорную футеровку печи и чугунный или стальной тигель. Повышение температуры приводит к растворе­нию железа тигля в расплаве цинка.

Печи для плавки цинковых сплавов. Учитывая низкую темпера­туру плавления и кипения цинка, плавку цинковых сплавов ведут обычно в тигельных печах, нагреваемых путем сжигания топлива или использования электрического сопротивления и индукции. В дуговых печах плавить цинковые сплавы не следует, так как не­избежный локальный перегрев металла вблизи горения дуги при­водит к интенсивному испарению и окислению цинка. Индукци­онные канальные печи используются для плавки цинковых спла­вов. На КамАЗе сплав ЦАМ10-5 для литья под давлением выплав­ляли в трех индукционных канальных печах емкостью по 2 т с нейтральной футеровкой. Однако перегрев металла в канале при­водит к неустойчивости электрического режима плавки (так на­зываемой цинковой пульсации) и принуждает ограничивать мощ­ность, передаваемую в печь.

Технология плавки. Основную часть шихты обычно составляют сплавы цинковые литейные в чушках, свой возврат и лом цинко­вых сплавов. В качестве покровных флюсов используют смесь хло­ридов кальция, калия и натрия, хлористый аммоний или крио­лит. Для подшихтовки используют первичный алюминий в чуш­ках, катодную медь и магний металлический. Все компоненты шихты должны быть очищены от масел, влаги и других включе­ний. Плавку ведут, не допуская перегрева ванны выше 480 °С. По результатам экспресс-анализа проводят корректировку химичес­кого состава.

Для ввода магния используют стальной колокольчик. При по­лучении заданного химического состава металл перегревают до 440...450°С и переливают в ковш, нагретый до той же температу­ры. В ковше под вытяжным зонтом производят рафинирование рас­плава таблетками комплексного дегазатора «Дегазер», в составе которых 87% гексахлорэтана, 12,7% NaCl, 0,3% ультрамарина. Рафинирование можно проводить также отстаиванием, продув­кой инертными газами и фильтрацией.

15.4. Плавка медных сплавов

Физико-химические особенности процесса. Чистая медь имеет плотность р = 8,9 кг/дм³ и плавится при температуре 1083 °С. Эн­тальпия расплавленной меди составляет 720 кДж/кг, а ее удельное электрическое сопротивление в жидком состоянии 0,2 • 10~⁶ Ом • м.

В связи с чрезвычайно низкими литейными свойствами в чистом виде медь для изготовления фасонных отливок не применяется.

Литейные латуни — сплавы меди, содержащие 16...40% Zn, могут быть легированы также алюминием, кремнием, свин­цом и другими элементами. В зависимости от состава латуни тем­пература перегрева в печи колеблется в пределах 1000... 1050 °С.

Бронзы оловянистые могут быть также легированы свин­цом и цинком, но содержание последнего не превышает 12 %.

Безоловянистые бронзы в качестве легирующих могут содержать алюминий, никель, марганец, железо, свинец, берил­лий и др. Температура перегрева бронз в печи (1100... 1400°С) выше, чем латуней.

Медь имеет меньшее сродство к кислороду, чем большинство легирующих элементов, входящих в состав бронз и латуней. Поэто­му при плавке в открытых печах медь окисляется, но затем пере­дает кислород более активным легирующим элементам. Эти эле­менты играют роль своеобразных раскислителей, образуют твер­дые, жидкие и газообразные оксиды, медленно всплывающие или осаждающиеся в расплаве. Учитывая высокую стоимость легиру­ющих элементов и специфику их окисления в медных расплавах, важнейшей задачей плавки является защита металла от окисления.

Медные сплавы склонны к газопоглощению. Содержание во­дорода в бронзах может достигать 20 см³/Ю0 г расплава. С повыше­нием температуры интенсивность взаимодействия с газами уве­личивается. Наиболее подвержены влиянию атмосферы печи спла­вы, легированные алюминием и кремнием.

Медные сплавы имеют высокую электропроводность, поэтому плавка их в индукционных печах (особенно тигельных) характе­ризуется низким электрическим КПД и повышенным расходом электроэнергии. Однако затраты на электроэнергию составляют несущественную часть по сравнению со стоимостью шихты для плавки медных сплавов.

Печи для плавки медных сплавов. В современном литейном про­изводстве для плавки медных сплавов наибольшее распростране­ние получили электрические печи.

Индукционные тигельные печи характеризуются большим рас­ходом электроэнергии на плавку, чем канальные, но упрощают переход на другой состав металла и простой в нерабочие смены.

Однофазные дуговые печи (рис. 15.2) с независимой дугой ис­пользуются для плавки бронз, не содержащих цинка. Применение таких печей для плавки латуней и бронз, легированных цинком, недо­пустимо. Это объясняется тем, что в зоне горения дуги может происходить интенсивное испарение цинка (его = 907 °С), пары которого опасны для здоровья персонала цеха.

Вакуумные печи также не применяются для плавки латуней в связи с неизбежным испарением цинка.

Рис. 15.2. Схема однофазной печи с независимой дугой: 1 — корпус печи; 2 — графитовый электрод; 3 — загрузочное окно; 4 — опорный

ролик

Футеровка печи в значительной степени определяет величину угара элементов (см. подразд. 8.4). Медные сплавы легированы эле­ментами, образующими как основные, так и кислые оксиды. По­этому для уменьшения угара легирующих элементов в наиболь­шей степени подходят нейтральные огнеупоры — высокоглинозе­мистые и хромитовые; полукислые — шамотные и тигли — гра- фитошамотные и графитокарборундовые.

На КамАЗе для плавки медных сплавов использовались индук­ционные тигельные печи с высокоглиноземистой футеровкой емкостью 1,4 т и 11 печей серии ИСТ-04, а также канальные печи емкостью от 2 до 4,5 т.

Технология плавки. Ш и хт а. В состав шихты могут входить пер­вичные металлы, сплав в чушках, возврат и лом медных сплавов. Для корректировки химического состава расплава применяют чи­стые первичные металлы (цинк, медь, олово в прутках) или ли­гатуры (табл. 15.5). Расчет шихты следует проводить аналогично расчету шихты для алюминиевых сплавов. Последовательность ввода

Таблица 15.5