12 Особенности технологии получения магниевых сплавов.

Плавка магниевых сплавов сопряжена с рядом трудностей Сплавы легко окисляются Это объясняется тем. что на поверхности расплавов образуется пористая пленка оксида, не предохраняющая их от окисления и загорания. Иттрии, церий, лантан, неодим и литий усиливают окисление, создавая тем самым условия для обогащения расплавов оксидными пленами. Алюминий, медь, серебро, индий, никель, свинец, сурьма, олово и цинк понижают температуру воспламенения магния. Окисление замедляется в атмосфере сернистого газа (SO}) или углекислоты (COj). Взаимодействие с сернистым газом при 700...750 °С сопровождается образованием на поверхности расплава тонкой пленки сульфата магния (MgSOj), затрудняющей доступ кислорода к расплаву. По этой причине сернистый газ нашел широкое применение для зашиты от окисления струн металла при литье фасонных отливок и слитков Резко снижает окисление магниевых сплавов введение в mix 0,001...0,002 'Я бериллия или 0,03..,0,05 % кальция, оксиды которых уплотняют оксидную пленку на поверхности расплавов. При содержанки бериллия более 0,002 % структура сплавов огрубляется, а механические свойства снижаются. При нагреве магниевых расплавов в воздушной среде выше 700 °С они взаимодействуют с азотом с образованием нерастворимого нитрида магния '(Mg3N2). Активно эта реакция идет при температуре выше 950 'С Включения нитрида магния снижают коррозионную стойкость и пластические свойства магниевых сплавов. При температуре ведения плавки магниевые сплавы способны интенсивно поглощать водород (до 30 см3/100 г). Легирующие элементы и примеси, входящие в состав сплавов, изменяют растворимость водорода в магнии. Алюминий в количестве до 6 % Увеличивает растворимость. При более высоком содержании алюминия растворимость водорода снижается. Подобное же действие На растворимость водорода оказывает цинк. Максимальной . растворимостью водорода обладают сплавы с 2—3 % Zn. В тройных сплавах системы Mg—Al—Zn растворимость водорода выше, чем в магнии. Повышение температуры всех жидких магниевых сплавов вызывает рост растворимости водорода. Магниевые сплавы, обогащенные водородом и оксидами, предрасположены к образованию микропористости в отливках. При наличии в магниевых расплавах циркония, церия, лантана, иттрия, кальция и титана снижается выделение водорода в процессе кристаллизации, за счет чего предотвращается образование газовой и газоусадочной пористости. Из-за интенсивного взаимодействия с печными газами плавку магниевых сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов. Покровные флюсы для магниевых сплавов состоят из смеси хлористых и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Основой хлоридных и хлоридно-фторидных флюсов является карналлит MgCI2- КС1 (табл. 41). Хлористый барий добавляют во флюс для повышения плотности и лучшего отделения флюса от сплава. Фтористый кальций повышает вязкость флюса и увеличивает его рафинирующую способность. Оксид магния добавляют в качестве загустителя, облегчающего образование корочки при перегреве расплава. При плавке магниевых сплавов хорошо зарекомендовали себя флюсы В И2 и ВИЗ. Они характеризуются хорошими защитными и рафинирующими свойствами. Обладая повышенной плотностью, флюс ВИ2 легко отделяется от расплава, хорошо отводится с поверхности при разборе металла ковшом. Флюс ВИЗ при перегреве сплава до 9О0 °С образует прочную плотную корку, защищающую сплав от окисления. Флюс, состоящий из хлористого и фтористого лития, применяют при плавке сплавов магния с литием. В последние годы разработаны бесхлоридные флюсы, позволяющие рафинировать расплавы от хлористых солей. Бесхлоридные флюсы наносят на поверхность расплава после рафинирования хлоридными флюсами для зашиты сплавов от загорания. Из-за высокой гигроскопичности флюсов применение их сопряжено с возможностью насыщения расплавов водородом и обогащения оксидами Поэтому непременным условием является использование переплавленных флюсов, хранение которых осуществляется в термостатах Применение флюсов, несмотря на их положительное влияние, связано с рилом неудобств: попаданием флюса в отливки и образованием* очагов интенсивной коррозии из-за его высокой гигроскопичности, растрескиванием корки окисленного флюса и необходимостью добавки свежего для зашиты поверхности расплава, интенсивным коррозионным воздействием флюсовой пыли во влажной атмосфере на стальные конструкции цеха. Поэтому в настоящее время широко применяют бесфлюсовую плавку магниевых сплавов. В качестве защитной газовой среды используют смеси сухого воздуха с сернистым газом, фторидом бора или шестифтористой серой и чистый углекислый газ. Применение этих смесей обусловлено возможностью образования тонких защитных пленок фторида и сульфата магния. Атмосфера углекислого газа эффективна в интервале 620...680 °С. В производственных условиях предпочтительнее использование защитной атмосферы из сухого воздуха с О, I % SF6, так как шестифтористая сера в отличие от фторида бора не является токсичным газом. П зависимости от масштаба производства и развеса отливок применяют три способа плавки литейных магниевых сплавов: а) в стационарных тиглях; б) в выемных тиглях: в) дуплекс-процесс (отражательная печь— тигель или индукционная печь—тигель). Технология приготовления сплавов при использовании любого способа почти одинакова. Имеются лишь некоторые различия а технологии заливки и составе применяемых флюсов Плавку в стационарных тиглях ведут при массовом или крупносерийном производстве мелких отливок. Стальной толстостенный литой тигель нагревают до 400.„500 °С и загружают в него флюс ВИ2 в количестве до 10 % от массы шихты. Флюс расплавляют, затем небольшими порциями загружают в него подогретые до 120. .150 "С шихтовые материалы. После введения всех составляющих шихты расплав нагревают до 700..720 °С и проводят рафинирование и модифицирование. Выдерживают сплав 10 15 мин. отбирают пробы на химический и спектральный анализы и излом, а затем при помощи ручных ковшей разливают металл по формам. Остаток металла (20..30% от объема расплава в тигле), загрязненный оксидами и флюсом, сливают после каждой плавки и используют для производства подготовительных сплавов. При изготовлении крупных отливок плавку сплавов ведут в выемных сварных стальных тиглях с перегородкой и дуплекс-процессом. В этих тиглях осуществляют плавку, рафинирование и модифицирование так же, как и в стационарных тиглях. Различие состоит лишь в применении флюса (ВИЗ) для рафинирования. Флюс ВИЗ легче, чем ВИ2, поэтому всплывает на поверхность расплава и при заливке удерживается от попадания в форму перегородкой тигля. После проведения всех операций по рафинированию и модифицированию тигель извлекают из печи и транспортируют к месту заливки. Плавку дуплекс-процессом ведут в отражательных или индукционных печах емкостью 0.5 3 т под слоем флюса ВИ2. Затеи расплав переливают в выемные тигли, где осуществляют операции рафинирования и модифицирования. При плавке в индукционных печах на дно тигля загружают часть мелкой шихты, а затем как можно компактнее крупные куски, промежутки между которыми заполняют мелочью; сверху засыпают флюс. После расплавления шихты и ' перегрева расплав переливают в выемные тигли. При выплавке сплавов применяют магний Мг90, первичные магниевые сплавы ММ2. MAS, MAS; алюминий А6 и А5, цинк стандартных сортов не ниже марки Ц1; возвраты собственного 214 производства (до 80 %) и различные лигатуры. Марганец вводят в виде лигатуры А1-Мп (8. .10%) или лигатуры Mg—Мп (2 %), а также в виде хлористого марганца. Предпочтение обычно отдают лигатурам, так как хлористый марганец обогащает расплав хло-ридными включениями и способствует увеличению потерь марганца и редкоземельных металлов. Лигатуру загружают в печь вместе с магнием. При подшихтовке лигатуру вводят в расплав при 740...760 "С. Хлористый марганец вводят в сплав при 850 "С в трехкратном против расчетного количестве. В ряде случаев под-шихтовку ведут электролитическим чешуйчатым марганцем, загружая его в расплав, нагретый до 900 °С небольшими порциями в смеси в флюсом ВИ2 (I : I). Цирконий в сплавы вводят в виде лигатур Mg-Zn—Zr (6..J % Zn, 20..25 '/• Zr) и Mg-Zr (15. .20 % Zr), а также в виде фторцир-коната калия и шлак-лигатуры, содержащей 66 % фторцирконата калия, 26 % хлористого лития и 8 % фтористого кальция. Расплав перед введением циркония нагревают до 800...950 °С. Введение из солей отличается низким усвоением циркония (20 %). требует максимального перегрева расплава, что влечет за собой сильное окисление и большие (20...25 %) безвозвратные потерн металла. Поэтому при выплавке магниевых сплавов предпочтение отдают лигатурам, которые вводят в расплавы несколькими равными порциями при 820 "С Меньшие безвозвратные потери (10 12 %) и лучшее усвоение циркония (60%) получаются при использовании двойной лигатуры (Mg-Zr). Примеси алюминия, железа, никеля, кремния и в меньшей мере марганца, образуя с цирконием тугоплавкие нерастворимые в магнии соединения, резке» снижают содержание его в сплавах. Поэтому для получения м?1гниевс-циркониевых сплавов необходимо применять шихтовые материалы высокой чистоты. Лантан и неодим вводят либо в виде чистых металлов. -Мбо в виде лигатур с магнием при 760...780 "С. В том случае, когда плавку ведут с использованием флюсов ВИ2 и ВИЗ, лантан шихтуют с 20...25 %-ным, а неодим с 10 15 V.-ным избытком сверхрасчетного количества. Церий вводят в виде мишметалла (S0...60 % Се) при 750...780 °С; если же вводят ферроцерий, то температуру расплава поднимают до 780...800 •С Торий вводят в сплавы в чистом виде или в составе лигатуры Mg—Th; учитывая радиоактивность тория, при плавке и обработке отливок из сплавов с торием применяют необходимее меры защиты обслуживающего персонала. Бериллий вводят в расплав в составе лигатур АI—Be (5 %) или Al-Mg-Ве (3 %; 35 % Mg) и в виде фторбериллата нагрия (Na,BcF6). Лигатуры вводят при 720...750 "С до рафинированирования расплава из расчета 0,004 У« Be; фторбериллат — во время рафинирования при 73O...75O "С из расчета 0,06 % от массы шихты. Лучшее усвоение бериллия сплавом происходит при введении смеси, состоящей из 50 % карналлита и 50 % фторбериллата натрия. Кальций (0,03 .0,08 %) вводят в сплавы, подобно редкоземельным металлам, за 5... 10 мин до разливки. В тех случаях, когда плавку ведут под флюсами ВИ2 и ВИЗ. его вводят на 25 % больше, чем требуется по расчету. Цинк, кадмий и алюминий вводят в расплав при 720. 760 "С Потери металла на угар и шлак при плавке в отражательных печах составляют до 6 % у сплавов системы Mg—Al—Zn—Мn, 8 .. 10 % у сплавов системы Mg—Мп—РЗМ и до 12 % у сплавов, содержащих цирконий. При ведении плавки в индукционных печах эти потери составляют 2...3 V». Все шихтовые материалы, предназначенные для приготовления сплавов, должны быть свободны от продуктов коррозии, масла, эмульсин и прочих загрязнений Отходы — литники, прибыли, бракованные отливки — должны быть очищены в дробеструйной установке или переплавлены. Последовательность загрузки составных частей шихты при плавке наиболее распространенных магниевых сплавов следующая: магний, отходы и возвраты; лигатура; алюминии; цинк и кадмии. Церий, кальций и бериллий присаживают перед самой разливкой. Следует иметь в виду, что при переплавке возврата кальций в нем полностью выгорает. Присадку легирующих элементов заканчивают тщательным перемешиванием расплава (5.„7 мин) и отбором проб для определения химического состава сплава. Для деформируемых сплавов во избежание накопления нежелательных примесей установлен минимальный процент освежения: 10 % — для сплавов системы Mg—Al—Zn—Мn, 30% — для сплавов систем Mg— Zn—Zr и Mg—Zn—Zr—РЗМ. 25 %— для сплавов системы Mg—Мn— РЗМ. При плавке магниевых сплавов недопустим контакт металла, флюсов, а также плавильного инструмента и тиглей с влагой, так как это может вызывать воспламенение металла, выброс его из печи или миксера и ухудшение качества отливок.