Технология плавки и разливки магниевых сплавов
Работа из раздела: «
Металлургия»
Министерство Российской Федерации по высшему
образованию
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра '' Машины и Технология литейного производства''
Реферат
Тема: Технология плавки и разливки магниевых сплавов.
Выполнил:
Студент группы ЛМХ-533
Просин Д.А.
Проверил:
Ким.Г.П.
Волгоград 2000г.
1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Среди литейщиков, занятых изготовлением отливок из магниевых сплавов,
установилась следующая терминология, относящаяся к характеристике исходных
шихтовых материалов и к сплаву, приготовленному для заливки форм.
Первичным сплавом называются чушки готового сплава, выпускаемые
металлургической, промышленностью.
Предварительным сплавом называются чушки готового сплава собственного
производства, выплавляемые из первичных металлов с добавкой переплава
литников, сплесков и других отходов.
Рабочим сплавом называется жидкий расплав, приготовленный для заливки
форм.
Магниевые сплавы в значительной степени подвержены коррозии. Особенно
усиленно развивается коррозия на поверхности деталей из магниевых сплавов,
если в отливки попадают хлориды магния: MgCl2+H2О>Mg(OH)2+2HCl; 2HC1 +
Mg>MgCl2 + Н2. Поэтому шихтовые материалы, пораженные коррозией, покрытые
окислами и маслом, должны тщательно очищаться дробью. Можно применять
химические способы очистки, но они более сложны, так как связаны с
травлением, промывкой и сушкой.
Мелкие отходы и стружка магниевых сплавов, получающиеся после
механической обработки, на некоторых предприятиях подвергают переплавке,
рафинированию и разливке в чушки, которые затем используют для
приготовления предварительных и рабочих сплавов.
В литейных цехах, где применяется экспресс-анализ химического состава
магниевых сплавов по ходу плавки, в составе шихты допускается применять до
60-80% возврата производства.
Расчет шихты при приготовлении наиболее распространенных литейных
магниевых сплавов следует проводить с учетом рекомендаций, приводимых в
табл. 1.
Таблица 1. Рекомендуемый расчетный состав шихты для предварительных и
рабочих сплавов на магниевой основе, предназначенных для фасонного литья
|Марка |Массовая доля компонентов, % |
|сплава | |
| |Алюминий|Цинк|Маргане|Кремний|Магний |
| | | |ц | | |
|МЛ2 |- |- |2,5 |- |Остально|
|МЛЗ |3,0 |1,2 |0,3 |- |е |
|МЛ5 |8,4 |0,5 |0,4 |- |> |
| | | | | |> |
Для приготовления литейных магниевых сплавов применяются лигатуры
следующего состава, %: алюминий-марганец, 8-12 марганца, остальное-
алюминий; алюминий-магний-марганец, 20 магния, 10 марганца, остальное-
алюминий; алюминий-бериллий, 2-3 бериллия, остальное-алюминий; алюминий-
магний - бериллий, 35 магния, 3 бериллия, остальное - алюминий; магний-
марганец, 2-4 марганца, остальное-магний.
2. ФЛЮСЫ ДЛЯ ПЛАВКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Магний и его сплавы в расплавленном состоянии энергично реагируют с
кислородом и поэтому загораются на воздухе. В связи с этим при плавке
необходимо применение специальных мер защиты расплавленного металла от
контакта его с воздухом.
В промышленности нашел применение метод плавки под слоем флюсов. Различие
в способах ведения плавки и разливки сплава по формам, естественно, требует
и применения флюсов различного состава. Основное назначение флюсов
заключается в образовании на поверхности жидкой ванны защитного покрова,
изолирующего сплав от контакта с воздухом, и в удалении из сплава окислов и
нитридов, получившихся во время плавки.
Приведем классификацию флюсов, применяемых при плавке и разливке
магниевых сплавов.
Единые (универсальные) флюсы используют на всех стадиях технологического
процесса плавки магниевых сплавов.
Рафинирующие флюсы применяют во время рафинирования магниевых сплавов в
сочетании с покровными флюсами.
Покровные флюсы используют только после рафинирования сплава во время
выстаивания сплава в тигле и разливки его в формы в сочетании с
рафинирующими флюсами.
Прочие флюсы для плавки магниевых сплавов, в состав которых входят
элементы, активно взаимодействующие с универсальными флюсами (например,
флюсы для сплавов магния а литием), используют их также при переплавке
стружки.
Вспомогательные флюсы и соли, например карналлит, применяют для промывки
ковшей и другого плавильного инструмента.
Флюсы должны обладать следующими общими свойствами:
1) иметь температуру плавления ниже температуры плавления сплава или
чистого магния; 2) иметь достаточно высокие жидко-
Т а б л и ц а 2, Флюсы, применяемые при плавке и разливке магниевых
сплавов
|Марка|Массовая доля |Назначение |
| |компонентов» | |
| |% | |
|ВИ2 |38-46 MgCI2; 32-40 КС1; |Универсальный флюс для приготовления |
| |5 BaCI2; 3-5CaF2; до 8 |сплавов типа МЛ5 в стационарных тиглях, а |
| |NaCl+ + CaCI2; до 1,5 |также в индукционных печах |
| |MgO | |
|ВИЗ | |Универсальный флюс для приготовления |
| |34-40 MgCl2; 25-36 КС1; |сплавов в выемных плавильных тиглях |
| |15-20 Ca F2; 7-10 MgO; | |
| |до 8 NaCl+CaCI2 | |
|В | |Универсальный флюс для плавки сплава МЛ 10 |
| |18-23 MgCl2; 30-40 КС1; | |
|Карна|30-35 BaCl2; 3-6 CaF2; | |
|ллит |до 1,5 MgO; до 10 |В качестве основы для приготовления флюсов |
| |NaCl+CaCl2 |марок ВИ2, ВИЗ, Б, а также для промывки |
| | |разливочных ковшей и плавильного |
| |40-48 MgCl2; 34-42 КС1; |инструмента |
| |до 1,2 MgO; до 8 | |
| |NaCl+CaCl2 | |
текучесть и поверхностное натяжение для того, чтобы поверхность сплава
покрывалась сплошным слоем; 3) смачивать стенки тигля или подину печи; 4)
хорошей рафинирующей способностью, т. е. способностью легко удалять из
расплава неметаллические включения; 5) иметь плотность в расплавленном
состоянии при температурах 700-800 °С несколько большую, чем плотность
сплава, чтобы обеспечить оседание частиц флюса, находящихся во взвешенном
состоянии в сплаве; 6) не оказывать химического воздействия на магнии и
другие составляющие магниевого сплава, а также на материал футеровки
отражательных печей.
Химический состав и область применения наиболее распространенных флюсов
для плавки и разливки магниевых сплавов приведены в табл. 2.
20. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СРЕД
Способ защиты магниевых сплавов с помощью флюсов отличается простотой и
надежностью, но имеет ряд недостатков: флюс окисляется, комкуется и
твердеет, пленка флюса нарушается и теряет свои защитные свойства. При
зачерпывании сплава пленка флюса может попасть в отливку, что создает
опасность флюсовой коррозии, в результате чего стойкость отливок снижается.
Выделяющийся хлор, пары и пыль от флюсов вызывают также коррозию литейного
оборудования.
В последнее время появляется повышенный интерес к применению газообразных
сред для защиты от окисления и загорания расплава, т. е, к внедрению
бесфлюсовой плавки магниевых сплавов.
Для создания защитной атмосферы на практике применяют. углекислый газ,
аргон, сернистый ангидрид.
На рис. 1 приведена схема устройства для бесфлюсовой плавки магниевых
сплавов с использованием порошкообразной серы, из которой при сгорании
образуется сернистый ангидрид, На рис. 2 аналогичное устройство
предусматривает возможность бесфлюсовой плавки магниевых сплавов путем
защиты зеркала сплава непосредственно струёй сернистого ангидрида.
Наиболее действенным средством защиты является шестифтористая сера SF6
(элегаз) -тяжелый газ, неядовитый, без цвета и запаха, не горит и не
поддерживает горения. Нетоксичность элегаза является существенным,
преимуществом по сравнению с сернистым ангидридом,
Защитное действие элегаза основано на взаимодействии с расплавом, в
результате чего образуется непроницаемая поверхностная пленка фторидов
магния, обладающая способностью мгновенно восстанавливаться даже после
многократного удаления.
3. ПЛАВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для плавки магниевых сплавов применяют тигельные печи с выемным или
стационарным тиглем вместимостью 200-450 кг или отражательные печи большой
вместимости. При этом после расплавления всей шихты сплав переливают в
тигельные раздаточные печи, в которых производится его рафинирование.
В разогретый тигель или печь загружают небольшое количество размолотого
флюса и около половины всего количества магния, поверхность которого также
засыпается флюсом. После расплавления первой порции магния постепенно
загружают остальное количество магния. Затем, когда расплавится весь
магний, в сплав при температуре 680-700 °С вводят предварительно мелко
раздробленную лигатуру алюминий-марганец.
Марганец в магниевые сплавы вводят при температуре 850 °С в виде смеси
металлического марганца или хлористого марганца О флюсом ВИЗ (см. табл. 2).
Затем в тигель постепенно загружают возврат. В течение всего процесса
плавки поверхность сплава должна быть покрыта слоем флюса ВИЗ.
Цинк присаживается в конце плавки при температуре расплава 700-720 °С.
При той же температуре в сплав присаживается бериллий в виде лигатур магний
- бериллий или марганец-алюминий-бериллий или в виде фторбериллата натрия
NaBeF4. Лигатуры, содержащие бериллий, вводят в сплав до рафинирования, а
фторбериллат натрия - во время рафинирования.
Церий, являясь компонентом некоторых новых магниевых сплавов, входит в
состав мишметалла, имеющего следующий состав (%): 45-55 церия, до 20
лантана, 15 железа, остальное- редкоземельные элементы первой группы. При
расчете шихты учитывают суммарное содержание всех редкоземельных элементов.
Мишметалл добавляют в расплав после рафинирования при помощи железного
сетчатого стакана, погружаемого на глубину 70-100 мм от зеркала сплава.
Цирконий вводят в сплав в виде фторцирконата натрия Na2ZrFe при
температуре 850-900 °С.
Если в магниевый сплав необходимо ввести значительное количество
циркония, как, например, в новый теплопрочный литейный сплав МЛ12,
содержащий 4-5% Zn, 0,6-1,1% Zr, остальное- магний, приходится пользоваться
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.
Список использованной литературы
1. Белоусов Н.Н. Плавка и разливка сплавов цветных металлов. - Л.:
Машиностроение,1981.- 80с.
2. Липницкий А.М., Морозов И.В. Технология цветного литья. - Л.: Машгиз
,1986.- 224с.
3. Воздвиженский В.М. Литейные сплавы и технология их выплавки в
машиностроении. - М.: Машиностроение ,1984.- 432с.
Продаю диплом по проектированию литейных цехов защищен на отлично
С чертежами цеха серийного производства сталелитейного цеха.
Keen1@yandex.ru
-----------------------
Рис. 1. Схема устройства для бесфлюсовой плавки магниевых сплавов с
использованием серы;
I—расплавленная сера; 2—труба для подачи сжатого воздуха; 3—печь;
4—стальной тигель; 5—магниевый сплав
Рис. 2. Схема подачи сернистого ангидрида для защиты поверхности расплава
от окисления:
1— устройство для подачи сернистого ангидрида; 2—печь; 3—стальной тигель;
4—магниевый сплав
