Магниевые сплавы

так называемой шлак-лигатурой, Для приготовления  шлак-лигатуры  используют

шихту следующего состава, %: 50  фторцирконата  калия;  25  карналлита;  25

магния. Шлак-лигатуру приготавливают одновременно в двух  тиглях.  В  одном

тигле расплавляют карналлит и после прекращения  бурления  при  температуре

750-800  °С  замешивают  фторцирконат   калия   до   получения   однородной

расплавленной массы. Затем в эту смесь вливают расплавленный в другом тигле

магний, нагретый до 680-750 °С. Полученная  шлак-лигатура  содержит  25-50%

циркония.

   Заключительной стадией плавки любого магниевого сплава является обработка

его в жидком состоянии  с  целью  рафинирования,  а  также  модифицирования

структуры. Рафинирование магниевого сплава  проводят  после  введения  всех

легирующих добавок и доведения температуры расплава до 700-720 °С.  Лишь  в

случае  обработки  магниевого  сплава  фторбериллатом  натрия   температура

нагрева сплава  перед  рафинированием  повышается  до  750-760  °С.  Обычно

рафинирование производят путем перемешивания  сплава  железной  ложкой  или

шумовкой  в  течение  3-6  мин;  при  этом  поверхность  расплава  посыпают

размолотым флюсом ВИЗ. Перемешивание начинают с верхних слоев сплава, затем

ложку постепенно опускают вниз, не доходя до дна  примерно  на  1/2  высоты

тигля.  Рафинирование  считается  законченным,  когда  поверхность   сплава

приобретает  блестящий,  зеркальный  вид.  По  окончании  рафинирования   с

поверхности сплава счищают флюс, а зеркало сплава  вновь  покрывают  ровным

слоем свежей порции размолотого флюса ВИЗ. Затем  магниевые  сплавы,  кроме

сплавов МЛ4, МЛ5 и МЛ6, нагревают до 750-780  °С  и  выдерживают  при  этой

температуре в течение 10-15 мин.

   Магниевые  сплавы  марок  МЛ4,  МЛ5  и  МЛ6  перед  разливкой  подвергают

модифицированию.   После   снятия   с   поверхности   сплава   загрязнений,

образовавшихся при модифицировании, и после  засыпки  поверхности  расплава

свежей  порцией  флюса  эти  сплавы  выдерживают,  при   этом   температура

понижается   до   650-700    °С,    затем    производят    заливку    форм.

   В ходе плавки  тщательно  наблюдают  за  состоянием  поверхности  жидкого

сплава. Если сплав начинает гореть, его необходимо засыпать  порошкообразным

флюсом       при       помощи       пневматического        флюсораспылителя.

                       4. ДЕГАЗАЦИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

   В целях повышения коррозионной стойкости и механических свойств магниевых

сплавов разработано несколько способов  обработки  их  в  жидком  состоянии,

например способ последовательной обработки ванны жидкого сплава  кальцием  и

гексахлорэтаном. Указанную обработку осуществляют по  следующей  технологии,

Кальций в количестве  0,1%  вводят  в  сплав  после  его  рафинирования  при

температуре  750  °С.  Навеску  кальция  помещают  в  колокольчик,   который

погружают в сплав на 2/3 глубины тигля. Через 10 мин после введения  кальция

сплав обрабатывают  гексахлорэтаном  при  температуре  750-780  °С.  Навеску

гексахлорэтана  в  количестве  0,07-0,1%  от  массы  шихты  заворачивают   в

алюминиевую фольгу или тонкую  бумагу  и  помещают  в  колокольчик,  который

погружают также на 2/3 глубины тигля и затем перемещают в нем. По  окончании

реакции с поверхности сплава снимают шлак, сплав  покрывают  слоем  флюса  в

зависимости от того, какой применяют  тигель  -  стационарный  или  выемный.

Сплав в тигле подвергают кратковременному рафинированию в течение 1-1,5  мин

(при вместимости тигля около 300 кг). После повторного  рафинирования  сплав

выдерживают в течение 15 мин, после чего он готов к разливке по формам.

   Последовательная обработка магниевого сплава кальцием  и  гексахлорэтпиом

повышает плотность  отливок  и  позволяет  резко  улучшить  их  механические

свойства.

   Магниевые сплавы в процессе их плавки и разливки поглощают самое  большое

количество водорода по сравнению с  любым  из  ранее  рассмотренных  сплавов

цветных металлов. Например, если в алюминиевых сплавах  содержание  водорода

составляет 1-5 см3 на 100  г  сплава,  то  в  магниевых  сплавах  количество

водорода может доходить до 20-30 см3 на 100 г сплава.

   Исходя из представления о методах дегазации алюминиевых сплавов,  следует

предположить, что магниевые сплавы можно  дегазировать  теми  же  способами,

что и алюминиевые.

   В последнее  время  проведен  ряд  работ,  которые  позволили  установить

возможность  рафинирования  магниевых  сплавов  при  помощи  продувки  их  в

расплавленном состоянии некоторыми  газами.  Наиболее  проверенным  способом

дегазации магниевых сплавов оказался метод продувки через  расплав  инертных

газов (гелия, аргона), а также химически активных газов: хлора и азота.

   Дегазация инертным газом. Продувку сплава  инертным  газом  проводят  при

температуре  740-750°С.  Скорость  продувки  устанавливается  такой,   чтобы

привести к интенсивному перемешиванию расплава без выплескивания  сплава  на

стенки и борта печи. Время продувки  для  понижения  содержания  водорода  в

магниевом сплаве (до 8-10 см3 на 100 г  сплава)  составляет  30  мин.  Более

продолжительная дегазация сплава приводит к некоторому  укрупнению  зерна  в

структуре материала отливок.

   Дегазация  азотом.  Действие  азота  при  дегазации   магниевых   сплавов

аналогично действию инертного газа. Однако при прохождении  пузырьков  азота

через сплав происходит частичное взаимодействие сплава с газом и  образуется

нитрид   магния,   что   приводит   к    некоторому    загрязнению    сплава

неметаллическими   включениями.   Продувку    магниевых    сплавов    азотом

осуществляют при температуре 660-685 °С. Во время  продувки  сплава  в  этом

интервале температур  не  происходит  интенсивной  химической  реакции.  При

более высоких температурах (свыше 700 °С) идет активное образование  нитрида

магния. Продувку сплава в тигле вместимостью около 1 т производят в  течение

получаса через железную трубку диаметром  20  мм.  При  этом  трубка  должна

находиться на расстоянии 150-200 мм от дна  тигля.  По  окончании  дегазации

сплав переливают в раздаточные тигли, очищают  зеркало  сплава,  после  чего

сплав  подвергают   рафинированию   и   модифицированию.   Перед   операцией

модифицирования возможно  проведение  дополнительной  дегазации  сплава  при

температуре 740-760 °С продувкой хлора со  скоростью,  вызывающей  небольшое

перемешивание сплава.  Продувку  ведут  в  течение  3-5  мин  при  небольшом

избытке хлора.

   Дегазация хлором или  смесью  хлора  с  четыреххлористым  углеродом.  При

прохождении пузырьков хлора через сплав хлор вступает в реакцию  с  магнием,

образуя хлористый магний. Температуру сплава при  хлорировании  поддерживают

обычно в пределах 740-760 °С. Изменение  скорости  хлорирования  в  пределах

2,5-8 л/мин не оказывает заметного действия на размеры зерна

и  механические  свойства  сплава,  если  количество   пропускаемого   хлора

остается постоянным и  не  превышает  3%  от  массы  сплава.  Более  высокий

процент  хлора  приводит  к  укрупнению  зерна  в  структуре  отливок  и   к

некоторому понижению механических свойств.

   Иногда дегазация хлором совмещается с операцией модифицирования сплава. В

этом случае через сплав продувают 1-1,5% (от массы плавки) хлора  вместе  с

0,25% четыреххлористого углерода. Температура сплава при таком способе 690-

710 °С.

   Дегазация  магниевых  сплавов  с  помощью  хлора  или   смеси   хлора   с

четыреххлористым углеродом имеет  недостатки.  Из  них  наиболее  серьезным

является то,  что  хлор  токсичен  (ядовит)  и  применение  его  связано  с

опасностью  отравления  работающих,  так  как  при  использовании  хлора  с

четыреххлористым  углеродом  образуется   некоторое   количество   фосгена,

являющегося сильным отравляющим веществом.

                    5. МОДИФИЦИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

   Модифицирование магниевых сплавов применяют с целью измельчения структуры

и повышения механических свойств отливок. Сплавы марок МЛЗ, МЛ4, МЛ5  и  МЛ6

модифицируют путем перегрева расплава, обработки хлорным железом,  обработки

углеродосодержащими материалами и другими способами.

   Модифицирование путем перегрева. Сплав после рафинирования  нагревают  до

850 или 900 °С и выдерживают соответственно в течение 15-20 или  10-15  мин.

Недостатками этого способа являются увеличение  расхода  топлива,  повышение

износа тиглей и окисляемости сплава, снижение производительности  плавильных

печей.

   Модифицирование углекислым кальцием (мелом). Мел в  виде  сухого  порошка

или мрамор в виде  мелкой  крошки  в  количестве  0,5-0,6%  от  массы  шихты

заворачивают в пакет из тонкой бумаги, помещают в  колокольчик  и  вводят  в

сплав  на   половину   высоты   тигля.   Температура   сплава   в   процессе

модифицирования. 760-780  °С.  Процесс  обработки  продолжается  5-8  мин  и

ведется до  прекращения  выделения  пузырей  на  поверхности  сплава.  Сплав

выдерживают после модификации 10-40 мин.

   Модифицирование  магнезитом.  Магнезит,   измельченный   в   порошок,   в

количестве  0,3-0,4%  от  массы  шихты  заворачивают  в  бумажные  пакеты  и

погружают в сплав колокольчиком  в  один  или  два  приема.  Модифицирование

.продолжают  8-12  мин  до  прекращения  выделения  пузырей  на  поверхности

сплава. Сплав  выдерживают  30-40  мин.  Применяющийся  в  данном  случае  в

качестве модификатора магнезит негигроскопичен, но не исключена  возможность

некоторого  загрязнения  магниевого  сплава  неметаллическими   включениями,

имеющимися   в   магнезите.   Модифицирование   магнезитом    проводят    до

рафинирования при температуре магниевого сплава 720- 730 °С,

                        6. РАЗЛИВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

  Заливку  форм  магниевым  сплавом  ведут  в   большинстве   случаев   при

температуре 740-780 °С и лишь при крупных тонкостенных отливках  температуру

повышают до 800 °С, а в  редких  случаях-до  810  °С.  Дальнейшее  повышение

температуры не рекомендуется из-за сильного окисления сплава.

   Раздачу сплава из  печи  и  заливку  форм  ведут  следующим  образом.  По

достижении нужной  температуры  сплава  производят  подготовку  разливочного

ковша путем прогрева его докрасна в тигле с расплавленным  флюсом  ВИ2  (см.

табл. 2). Затем флюс сливают  через  носок  ковша  и  тщательно  счищают  со

стенок  ковша.  В  рабочем  тигле  с  поверхности   расплава   металлической

счищалкой или донной частью ковша флюс отводят, и при  медленном  погружении

ковша набирается  сплав.  Некоторое  количество  сплава  (до  5%)  сливается

обратно в печь через носок ковша для того, чтобы удалить  флюс,  находящийся

на носке. Наполненный ковш вынимают из ванны жидкого  сплава  и  дают  стечь

флюсу с его наружных стенок. Чтобы избежать зачерпывания  флюса  при  заборе

сплава ковшом, следует вычерпывать не более 2/3 вместимости печи или тигля.

   При заливке форм носок ковша должен находиться  по  возможности  ближе  к

литниковой чаше или воронке, струя металла должна быть равномерной,  а  чаша

или  воронка  стояка  на  протяжении  всего  времени  заливки  должна   быть

заполненной. Для предохранения от горения во время заливки струя  магниевого

сплава припыливается серным цветом или смесью серы и  борной  кислоты  (1:1)

из специального распылителя или мешочка из  неплотной  ткани.  По  окончании

заливки в ковше должно оставаться не менее  10-15%  сплава.  Весь  сплав  из

ковша нельзя выливать из-за возможного попадания  флюса  в  литейную  форму.

Остатки сплава сливают в изложницу.

Формовка и литниковая система магниевых сплавов.

Отличительным свойством магниевых сплавов является их высокая химическая активность по отношению к кислороду. При плавке и заливке расплавленного металла возможно загорание (бурное окисление) металла. Поэтому формовочные смеси для магниевых отливок должны содержать специальные защитные присадки— фтористые соли 5—10%, или серу до 1%,или борную кислоту до 0,5%. Защитными составами опрыскивают снаружи и стержни. Формовочные смеси должны содержать минимальное количество влаги, иметь повышенную газопроницаемость.

Особенностями магниевых сплавов являются низкая жидкотекучесть, большая усадка, повышенная склонность к образованию трещин, особенно в местах резкого изменения толщины стенки отливки в острых углах. Это определяет некоторые особенности в приемах формовки. Расположение отливки в форме следует выбирать таким образом, чтобы избежать образования больших горизонтальных поверхностей, так как на этих плоскостях будут скапливаться плены, шлаковые включения.

Особенно важно предотвратить образование окислов в самой литниковой системе и не допустить попадание шлаков и окислов в полость формы вместе с расплавом. Верхний подвод металла в форму обеспечивает последовательное затвердевание отливки, но не избавляет от окисных плен. Для магниевых сплавов предпочтительнее устраивать литниковую систему с нижним подводом жидкого металла — сифоном (рис. 119).

Рис. 119. Литниковая система для отливок из магниевых сплавов:

а — с нижним подводом металла, б — двойная литниковая система; 1 — верхний коллектор, 2 — нижний коллектор

Если отливка имеет значительную высоту или сложную конфигурацию, необходимо применять литниковую систему с подводом жидкого металла в полость формы на разных уровнях (двойная литниковая система).