Реферат: Технология плавки и разливки магниевых сплавов
Министерство Российской Федерации по высшему
образованию
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра '' Машины и Технология литейногопроизводства''
Реферат
Тема: Технология плавки и разливки магниевых сплавов.
Выполнил:
Студент группы ЛМХ-533Просин Д.А.
Проверил:
Ким.Г.П.Волгоград 2000г.
1.ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Средилитейщиков, занятых изготовлением отливок из магниевых сплавов, установиласьследующая терминология, относящаяся к характеристике исходных шихтовых материалови к сплаву, приготовленному для заливки форм.
Первичным сплавом называютсячушки готового сплава, выпускаемые металлургической, промышленностью.
Предварительнымсплавом называются чушки готового сплава собственного производства,выплавляемые из первичных металлов с добавкой переплава литников, сплесков идругих отходов.
Рабочимсплавом называется жидкий расплав, приготовленный для заливки форм.
Магниевыесплавы в значительной степени подвержены коррозии. Особенно усиленноразвивается коррозия на поверхности деталей из магниевых сплавов, если вотливки попадают хлориды магния:MgCl2+H2О→Mg(OH)2+2HCl;2HC1 + Mg→MgCl2 + Н2. Поэтому шихтовые материалы, пораженные коррозией, покрытыеокислами и маслом, должны тщательно очищаться дробью. Можно применятьхимические способы очистки, но они более сложны, так как связаны с травлением,промывкой и сушкой.
Мелкиеотходы и стружка магниевых сплавов, получающиеся после механической обработки,на некоторых предприятиях подвергают переплавке, рафинированию и разливке вчушки, которые затем используют для приготовления предварительных и рабочих сплавов.
Влитейных цехах, где применяется экспресс-анализ химического состава магниевыхсплавов по ходу плавки, в составе шихты допускается применять до 60-80%возврата производства.
Расчетшихты при приготовлении наиболее распространенных литейных магниевых сплавовследует проводить с учетом рекомендаций, приводимых в табл. 1.
Таблица 1. Рекомендуемый расчетный состав шихты дляпредварительных и рабочих сплавов на магниевой основе, предназначенных дляфасонного литья
Марка сплава Массовая доля компонентов, % Алюминий Цинк Марганец Кремний Магний
МЛ2
МЛЗ
МЛ5
-
3,0
8,4
-
1,2 0,5
2,5
0,3
0,4
-
-
-
Остальное
>
>
Дляприготовления литейных магниевых сплавов применяются лигатуры следующегосостава, %: 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, 2-4марганца, остальное-магний.
2. ФЛЮСЫ ДЛЯ ПЛАВКИ МАГНИЕВЫХСПЛАВОВ
Магний и его сплавы в расплавленном состоянииэнергично реагируют с кислородом и поэтому загораются на воздухе. В связи сэтим при плавке необходимо применение специальных мер защиты расплавленногометалла от контакта его с воздухом.
В промышленности нашелприменение метод плавки под слоем флюсов. Различие в способах ведения плавки иразливки сплава по формам, естественно, требует и применения флюсов различногосостава. Основное назначение флюсов заключается в образовании на поверхностижидкой ванны защитного покрова, изолирующего сплав от контакта с воздухом, и вудалениииз 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 процессаплавки магниевых сплавов.
Рафинирующие флюсы применяют во время рафинирования магниевыхсплавов в сочетании с покровными флюсами.
Покровные флюсы используют только после рафинирования сплававо время выстаивания сплава в тигле и разливки его в формы в сочетании с рафинирующимифлюсами.
Прочие флюсы для плавки магниевых сплавов, в состав которыхвходят 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 дляпромывки ковшей и другого плавильного инструмента.
Флюсыдолжны обладать следующими общими свойствами:
1) иметь температуру плавленияниже температуры плавления сплава или чистого магния; 2) иметь достаточновысокие жидко-
Т а б л и ц а 2, Флюсы, применяемые при плавке иразливке магниевых сплавов
МаркаМассовая доля компонентов»
%
НазначениеВИ2
ВИЗ
В
Карналлит
38-46 MgCI2; 32-40 КС1; 5 BaCI2; 3-5CaF2; до 8 NaCl+ + CaCI2; до 1,5 MgO
34-40 MgCl2; 25-36 КС1; 15-20 Ca F2; 7-10 MgO; до 8 NaCl+CaCI2
18-23 MgCl2; 30-40 КС1; 30-35 BaCl2; 3-6 CaF2; до 1,5 MgO; до 10 NaCl+CaCl2
40-48 MgCl2; 34-42 КС1; до 1,2 MgO; до 8 NaCl+CaCl2
Универсальный флюс для приготовления сплавов типа МЛ5 в стационарных тиглях, а также в индукционных печах
Универсальный флюс для приготовления сплавов в выемных плавильных тиглях
Универсальный флюс для плавки сплава МЛ 10
В качестве основы для приготовления флюсов марок ВИ2, ВИЗ, Б, а также для промывки разливочных ковшей и плавильного инструмента
текучесть и поверхностное натяжение для того, чтобыповерхность сплава покрывалась сплошным слоем; 3) смачивать стенки тигля илиподину печи; 4) хорошей рафинирующей способностью, т. е. способностью легкоудалять из расплава неметаллические включения; 5) иметь плотность врасплавленном состоянии при температурах 700-800 °С несколько большую, чемплотность
сплава,чтобы обеспечить оседание частиц флюса, находящихся во взвешенном состоянии всплаве; 6) не оказывать химического воздействия на магнии и другие составляющиемагниевого сплава, а также на материал футеровки отражательных печей.
Химический состав и областьприменения наиболее распространенных флюсов для плавки и разливки магниевыхсплавов приведены в табл.2.
20. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СРЕД
/>Способ защиты магниевых сплавов с помощью флюсов отличаетсяпростотой и надежностью, но имеет ряд недостатков: флюс окисляется, комкуется итвердеет, пленка флюса нарушается и теряет свои защитные свойства. Призачерпывании сплава пленка флюса может попасть в отливку, что создает опасностьфлюсовой коррозии, в результате чего стойкость отливок снижается.
/>Выделяющийся хлор, пары и пыль от флюсов вызываюттакже коррозию литейного оборудования.
/>В последнее времяпоявляется повышенный интерес к применению газообразных сред для защиты отокисления и загорания расплава, т. е, к внедрению бесфлюсовой плавки магниевыхсплавов.
Для создания защитной атмосферы на практикеприменяют. углекислый газ, аргон, сернистый ангидрид.
/>На рис. 1 приведена схема устройства для бесфлюсовойплавки магниевых сплавов с использованием порошкообразной серы, из которой присгорании образуется сернистый ангидрид, На рис. 2 аналогичное устройство предусматриваетвозможность бесфлюсовой плавки магниевых сплавов путем защиты зеркала сплаванепосредственно струёй сернистого ангидрида.
Наиболее действенным средством защитыявляется шестифтористая сераSF6 (элегаз) -тяжелый газ, неядовитый, без цвета изапаха, не горит и не поддерживает горения. Нетоксичность элегаза являетсясущественным, преимуществом по сравнению с сернистым ангидридом,
Защитноедействие элегаза основано на взаимодействии с расплавом, в результате чегообразуется непроницаемая поверхностная пленка фторидов магния, обладающая способностьюмгновенно восстанавливаться даже после многократного удаления.
3. ПЛАВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Дляплавки магниевых сплавов применяют тигельные печи с выемным или стационарнымтиглем вместимостью 200-450 кгили отражательные печи большойвместимости. При этом после расплавления всей шихты сплав переливают втигельные раздаточные печи, в которых производится его рафинирование.
Вразогретый тигель или печь загружают небольшое количество размолотого флюса иоколо половины всего количества магния, поверхность которого также засыпаетсяфлюсом. Послерасплавления первой порции магния постепенно загружаютостальное количество магния. Затем, когда расплавится весь магний, в сплав притемпературе 680-700 °С вводят предварительно мелко раздробленную лигатуру алюминий-марганец.
Марганецв магниевые сплавы вводят при температуре 850 °С в виде смеси металлическогомарганца или хлористого марганца О флюсом ВИЗ (см. табл. 2). Затем в тигель постепеннозагружают возврат. В течение всего процесса плавки поверхность сплава должнабыть покрыта слоем флюса ВИЗ.
Цинкприсаживается в конце плавки при температуре расплава 700-720 °С. При той жетемпературе в сплав присаживается бериллий в виде лигатур магний — бериллийили 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 составмишметалла, имеющего следующий состав (%): 45-55 церия, до 20 лантана, 15железа, остальное- редкоземельные элементы первой группы. При расчете шихтыучитывают суммарное содержание всех редкоземельных элементов. Мишметаллдобавляют в расплав после рафинирования при помощи железного сетчатого стакана,погружаемого на глубину 70-100 мм от зеркала сплава.
Цирконийвводят в сплав в виде фторцирконата натрияNa2ZrFeпри температуре 850-900 °С.
Если вмагниевый 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 называемойшлак-лигатурой, Для приготовления шлак-лигатуры используют шихту следующегосостава, %: 50 фторцирконата калия; 25 карналлита; 25 магния. Шлак-лигатуруприготавливают одновременно в двух тиглях. В одном тигле расплавляют карналлити после прекращения бурления при температуре 750-800 °С замешиваютфторцирконат калия до получения однородной расплавленной массы. Затем в этусмесь вливают расплавленный в другом тигле магний, нагретый до 680-750°С.Полученная шлак-лигатура содержит 25-50% циркония.
Заключительной стадией плавки любого магниевого сплаваявляется обработка его в жидком состоянии с целью рафинирования, а такжемодифицирования структуры. Рафинирование магниевого сплава проводят послевведения всех легирующих добавок и доведения температуры расплава до 700-720°С. Лишь в случае обработки магниевого сплава фторбериллатом натрия температуранагрева сплава перед рафинированием повышается до 750-760 °С. Обычнорафинирование производят путем перемешивания сплава железной ложкой илишумовкой в течение 3-6 мин; при этом поверхность расплава посыпают размолотымфлюсом ВИЗ. Перемешивание начинают с верхних слоев сплава, затем ложкупостепенно опускают вниз, не доходя до дна примерно на 1/2 высоты тигля.Рафинирование считается законченным, когда поверхность сплава приобретаетблестящий, зеркальный вид. По окончании рафинирования с поверхности сплава счищаютфлюс, а зеркало сплава вновь покрывают ровным слоем свежей порции размолотогофлюса ВИЗ. Затем магниевые сплавы, кроме сплавов МЛ4, МЛ5 и МЛ6, нагревают до750-780 °С и выдерживают при этой температуре в течение 10-15 мин.
Магниевые сплавы марок МЛ4, МЛ5 и МЛ6 перед разливкойподвергают модифицированию. После снятия с поверхности сплава загрязнений,образовавшихся при модифицировании, и после засыпки поверхности расплава свежейпорцией флюса эти сплавы выдерживают, при этом температура понижается до650-700 °С, затем производят заливку форм.
В ходе плавки тщательнонаблюдают за состоянием поверхности жидкого сплава. Если сплав начинает гореть,его необходимо засыпать порошкообразным флюсом при помощи пневматическогофлюсораспылителя.
4.ДЕГАЗАЦИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
В целяхповышения коррозионной стойкости и механических свойств магниевых сплавовразработано несколько способов обработки их в жидком состоянии, напримерспособ последовательной обработки ванны жидкого сплава кальцием игексахлорэтаном. Указанную обработку осуществляют по следующей технологии,Кальций в количестве 0,1% вводят в сплав после его рафинирования притемпературе 750 °С. Навеску кальция помещают в колокольчик, который погружаютв сплав на 2/3 глубины тигля. Через 10 мин после введения кальция сплавобрабатывают гексахлорэтаном при температуре 750-780 °С. Навескугексахлорэтана в количестве 0,07-0,1% от массы шихты заворачивают в алюминиевуюфольгу или тонкую бумагу и помещают в колокольчик, который погружают также на2/3 глубины тигля и затем перемещают в нем. По окончании реакции с поверхностисплава снимают шлак, сплав покрывают слоем флюса в зависимости от того, какойприменяют тигель — стационарный или выемный. Сплав в тигле подвергают кратковременномурафинированию в течение 1-1,5 мин (при вместимости тигля около 300 кг). Послеповторного рафинирования сплав выдерживают в течение 15 мин, после чего онготов к разливке по формам.
Последовательная обработкамагниевого сплава кальцием и гексахлорэтпиом повышает плотность отливок ипозволяет резко улучшить их механические свойства.
Магниевые сплавы в процессе ихплавки и разливки поглощают самое большое количество водорода по сравнению слюбым из ранее рассмотренных сплавов цветных металлов. Например, если валюминиевых сплавах содержание водорода составляет 1-5 см3 на 100 гсплава, то в магниевых сплавах количество водорода может доходить до 20-30 см3на 100 г сплава.
Исходя из представления ометодах дегазации алюминиевых сплавов, следует предположить, что магниевыесплавы можно дегазировать теми же способами, что и алюминиевые.
В последнее время проведен рядработ, которые позволили установить возможность рафинирования магниевых сплавовпри помощи продувки их в расплавленном состоянии некоторыми газами. Наиболеепроверенным способом дегазации магниевых сплавов оказался метод продувки черезрасплав инертных газов (гелия, аргона), а также химически активных газов: хлораи азота.
Дегазация инертным газом. Продувку сплава инертным газом проводят при температуре740-750°С. Скорость продувки устанавливается такой, чтобы привести к интенсивномуперемешиванию расплава без выплескивания сплава на стенки и борта печи. Времяпродувки для понижения содержания водорода в магниевом сплаве (до 8-10 см3на 100 г сплава) составляет 30 мин. Более продолжительная дегазация сплаваприводит к некоторому укрупнению зерна в структуре материала отливок.
Дегазация азотом. Действие азота при дегазации магниевых сплавов аналогичнодействию инертного газа. Однако при прохождении пузырьков азота через сплавпроисходит 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. Вовремя продувки сплава в этом интервале температур не происходит интенсивнойхимической реакции. При более высоких температурах (свыше 700 °С) идет активноеобразование нитрида магния. Продувку сплава в тигле вместимостью около 1 тпроизводят в течение получаса через железную трубку диаметром 20 мм. При этомтрубка должна находиться на расстоянии 150-200 мм от дна тигля. По окончаниидегазации сплав переливают в раздаточные тигли, очищают зеркало сплава, послечего сплав подвергают рафинированию и модифицированию. Перед операциеймодифицирования возможно проведение дополнительной дегазации сплава притемпературе 740-760 °С продувкой хлора со скоростью, вызывающей небольшоеперемешивание сплава. Продувку ведут в течение 3-5 мин при небольшом избыткехлора.
Дегазация хлором или смесьюхлора с четыреххлористым углеродом.При прохождении пузырьков хлора через сплав хлор вступает в реакцию с магнием,образуя хлористый магний. Температуру сплава при хлорировании поддерживаютобычно в пределах 740-760 °С. Изменение скорости хлорирования в пределах 2,5-8л/мин не оказывает заметного действия на размеры зерна
имеханические свойства сплава, если количество пропускаемого хлора остаетсяпостоянным и не превышает 3% от массы сплава. Более высокий процент хлораприводит к укрупнению зерна в структуре отливок и к некоторому понижению механическихсвойств.
Иногдадегазация хлором совмещается с операцией модифицирования сплава. В этом случаечерез сплав продувают 1-1,5% (от массы плавки) хлора вместе с 0,25% четыреххлористогоуглерода. Температура сплава при таком способе 690-710 °С.
Дегазациямагниевых сплавов с помощью хлора или смеси хлора с четыреххлористым углеродомимеет недостатки. Из них наиболее серьезным является то, что хлор токсичен(ядовит) и применение его связано с опасностью отравления работающих, так какпри использовании хлора с четыреххлористым углеродом образуется некотороеколичество фосгена, являющегося сильным отравляющим веществом.
5. МОДИФИЦИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Модифицирование магниевых сплавов применяют с цельюизмельчения структуры и повышения механических свойств отливок. Сплавы марокМЛЗ, МЛ4, МЛ5 и МЛ6 модифицируют путем перегрева расплава, обработки хлорнымжелезом, обработки углеродосодержащими материалами и другими способами.
Модифицированиепутем перегрева. Сплав послерафинирования нагревают до 850 или 900 °С и выдерживают соответственно втечение 15-20 или 10-15 мин. Недостатками этого способа являются увеличениерасхода топлива, повышение износа тиглей и окисляемости сплава, снижениепроизводительности плавильных печей.
Модифицированиеуглекислым кальцием (мелом). Мел ввиде сухого порошка или мрамор в виде мелкой крошки в количестве 0,5-0,6% отмассы шихты заворачивают в пакет из тонкой бумаги, помещают в колокольчик ивводят в сплав на половину высоты тигля. Температура сплава в процессемодифицирования. 760-780 °С. Процесс обработки продолжается 5-8 мин и ведетсядо прекращения выделения пузырей на поверхности сплава. Сплав выдерживают послемодификации 10-40 мин.
Модифицированиемагнезитом. Магнезит, измельченный впорошок, в количестве 0,3-0,4% от массы шихты заворачивают в бумажные пакеты ипогружают 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 качествемодификатора магнезит негигроскопичен, но не исключена возможность некоторогозагрязнения магниевого сплава неметаллическими включениями, имеющимися вмагнезите. Модифицирование магнезитом проводят до рафинирования притемпературе магниевого сплава 720- 730 °С,
6. РАЗЛИВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Заливку форм магниевым сплавом ведут в большинстве случаевпри температуре 740-780 °С и лишь при крупных тонкостенных отливкахтемпературу повышают до 800 °С, а в редких случаях-до 810 °С. Дальнейшее повышениетемпературы не рекомендуется из-за сильного окисления сплава.
Раздачусплава из печи и заливку форм ведут следующим образом. По достижении нужнойтемпературы сплава производят подготовку разливочного ковша путем прогрева егодокрасна в тигле с расплавленным флюсом ВИ2 (см. табл. 2). Затем флюс сливают черезносок ковша и тщательно счищают со стенок ковша. В рабочем тигле с поверхностирасплава металлической счищалкой или донной частью ковша флюс отводят, и примедленном погружении ковша набирается сплав. Некоторое количество сплава (до5%) сливается обратно в печь через носок ковша для того, чтобы удалить флюс,находящийся на носке. Наполненный ковш вынимают из ванны жидкого сплава и даютстечь флюсу с его наружных стенок. Чтобы избежать зачерпывания флюса при заборесплава ковшом, следует вычерпывать не более 2/3 вместимости печи или тигля.
Призаливке форм носок ковша должен находиться по возможности ближе к литниковойчаше или воронке, струя металла должна быть равномерной, а чаша или воронкастояка на протяжении всего времени заливки должна быть заполненной. Для предохраненияот горения во время заливки струя магниевого сплава припыливается серным цветомили смесью серы и борной кислоты (1:1) из специального распылителя или мешочкаиз неплотной ткани. По окончании заливки в ковше должно оставаться не менее10-15% сплава. Весь сплав из ковша нельзя выливать из-за возможного попаданияфлюса в литейную форму. Остатки сплава сливают в изложницу.
Список использованной литературы
1. Белоусов Н.Н. Плавка и разливка сплавов цветныхметаллов. — Л.: Машиностроение,1981.- 80с.
2. Липницкий А.М., МорозовИ.В. Технология цветного литья. — Л.: Машгиз ,1986.- 224с.
3. Воздвиженский В.М.Литейные сплавы и технология их выплавки в машиностроении. — М.: Машиностроение,1984.- 432с.
Продаюдиплом по проектированию литейных цехов защищен на отлично
Счертежами цеха серийного производства сталелитейного цеха.
Keen1@yandex.ru