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-533

Просин 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

Марка

Массовая доля компонентов»

%

Назначение

ВИ2

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

еще рефераты
Еще работы по металлургии