Технологія плавки і розливання магнієвих сплавів

Металургія

Міністерство Російської Федерації з вищої освіти

Волгоградський державний технічний університет

Кафедра''Машини та Технологія ливарного виробництва''

Реферат < p> Тема: Технологія плавки і розливання магнієвих сплавів.

Виконав:

Студент групи ЛМХ-533

просинь Д.А.

Перевірив:

Кім.Г.П.

Волгоград 2000р.

1. Шихтових матеріалів

Серед ливарників, зайнятих виготовленням відливок з магнієвих сплавів,встановилася наступна термінологія, що відноситься до характеристики вихіднихшихтових матеріалів і до сплаву, розробленим для заливки форм.

Первинним сплавом називаються чушки готового сплаву, що випускаютьсяметалургійної, промисловістю.

Попереднім сплавом називаються чушки готового сплаву власноговиробництва, виплавляли з первинних металів з добавкою переплавулітників, сплеском та інших відходів.

Робочим сплавом називається рідкий розплав, приготовлена для заливкиформ.

Магнієві сплави в значній мірі схильні до корозії. Особливопосилено розвивається корозія на поверхні деталей з магнієвих сплавів,якщо в виливки потрапляють хлориди магнію: MgCl2 + H2О> Mg (OH) 2 +2 HCl; 2HC1 +
Mg> MgCl2 + Н2. Тому шихтові матеріали, уражені корозією, покритіоксидами і маслом, повинні ретельно очищатися дробом. Можна застосовуватихімічні способи очищення, але вони більш складні, тому що пов'язані зтравленням, промиванням та сушінням.

Дрібні відходи і стружка магнієвих сплавів, що виходять післямеханічної обробки, на деяких підприємствах піддають переплавки,рафінуванню і розливанні в чушки, які потім використовують дляприготування попередніх і робочих сплавів.

У ливарних цехах, де застосовується експрес-аналіз хімічного складумагнієвих сплавів по ходу плавки, у складі шихти допускається застосовувати до
60-80% повернення виробництва.

Розрахунок шихти при приготуванні найбільш поширених ливарнихмагнієвих сплавів слід проводити з урахуванням рекомендацій, що приводяться втабл. 1.

Таблиця 1. Рекомендований розрахунковий склад шихти для попередніх і робочих сплавів на магнієвою основі, призначених для фасонного лиття

| Марка | Масова частка компонентів,% |
| сплаву | |
| | Алюміній | Цинк | Маргане | Кремній | Магній |
| | | | Ц | | |
| МЛ2 | - | - | 2,5 | - | Останнє |
| МЛЗ | 3,0 | 1,2 | 0,3 | - | є |
| МЛ5 | 8,4 | 0,5 | 0,4 | - |> |
| | | | | |> |

Для приготування ливарних магнієвих сплавів застосовуються лігатуринаступного складу,%: алюміній-марганець, 8-12 марганцю, інше -алюміній; алюміній-магній-марганець, 20 магнію, 10 марганцю, інше -алюміній; алюміній-берилій, 2-3 берилію, решта-алюміній; алюміній -магній - берилій, 35 магнію, 3 берилію, інше - алюміній; магній -марганець, 2-4 марганцю, решта-магній.

2. Флюс для плавки магнієвих сплавів

Магній та його сплави в розплавленому стані енергійно реагують зкиснем і тому загоряються на повітрі. У зв'язку з цим при плавцінеобхідне застосування спеціальних заходів захисту розплавленого металу відконтакту його з повітрям.

У промисловості знайшов застосування метод плавки під шаром флюсів. Різницяв способах ведення плавки і розливання сплаву по формах, природно, вимагаєі застосування флюсів різного складу. Основне призначення флюсівполягає в утворенні на поверхні рідкої ванни захисного покриву,ізолюючого сплав від контакту з повітрям, і у видаленні зі сплаву оксидів інітридів, отримали під час плавки.

Наведемо класифікацію флюсів, що застосовуються при плавці та розливаннімагнієвих сплавів.

Єдині (універсальні) флюси використовують на всіх стадіях технологічногопроцесу плавки магнієвих сплавів.

рафінуючі флюси застосовують під час рафінування магнієвих сплавів упоєднанні з покривними флюсами.

Покривні флюси використовують тільки після рафінування сплаву під часвистоювання сплаву в тиглі і розливання його в форми в поєднанні зрафінуючі флюсами.

Інші флюси для плавки магнієвих сплавів, до складу яких входятьелементи, активно взаємодіють з універсальними флюсами (наприклад,флюси для сплавів магнію а літієм), використовують їх також при переплавкистружки.

Допоміжні флюси і солі, наприклад Карналіт, застосовують для промиванняковшів та іншого плавильного інструменту.
Флюси повинні мати такі загальні властивості:
1) мати температуру плавлення нижче температури плавлення сплаву або чистого магнію; 2) мати достатньо високі рідко-

плинність і поверхневий натяг для того, щоб поверхня сплавупокривалася суцільним шаром; 3) змочувати стінки тигля або подину печі; 4)хорошою рафінуючі здатністю, тобто здатністю легко видаляти зрозплаву неметалеві включення; 5) мати щільність в розплавленомустані при температурах 700-800 ° С трохи більшу, ніж щільністьсплаву, щоб забезпечити осідання часток флюсу, що знаходяться в зваженомустані в сплаві; 6) не робити хімічного впливу на магнії іінші складові магнієвого сплаву, а також на матеріал футеровкивідбивних печей.

Хімічний склад і область застосування найбільш поширених флюсівдля плавки і розливання магнієвих сплавів наведено в табл. 2.

20. ЗАСТОСУВАННЯ ЗАХИСНИХ СРЕД

Спосіб захисту магнієвих сплавів за допомогою флюсів відрізняється простотою інадійністю, але має ряд недоліків: флюс окислюється, грудки ітвердне, плівка флюсу порушується і втрачає свої захисні властивості. Призачерпиваніі сплаву плівка флюсу може потрапити у виливок, що створюєнебезпека флюсового корозії, в результаті чого стійкість виливків знижується.
Виділяється хлор, пари і пил від флюсів викликають також корозію ливарногообладнання.

Останнім часом з'являється підвищений інтерес до застосування газоподібнихсередовищ для захисту від окислення та загоряння розплаву, тобто, до впровадженнябесфлюсовой плавки магнієвих сплавів.

Для створення захисної атмосфери на практиці застосовують. вуглекислий газ,аргон, сірчистий ангідрид.

На рис. 1 наведена схема пристрою для бесфлюсовой плавки магнієвихсплавів з використанням порошкоподібної сірки, з якої при згорянніутворюється сірчистий ангідрид, На рис. 2 аналогічний пристрійпередбачає можливість бесфлюсовой плавки магнієвих сплавів шляхомзахисту дзеркала сплаву безпосередньо струменем сірчистого ангідриду.

Найбільш дієвим засобом захисту є шестифториста сірка SF6
(елегаз)-важкий газ, неотруйні, без кольору і запаху, не горить і непідтримує горіння. Нетоксичність елегаз є суттєвим,перевагою в порівнянні з сірчистим ангідридом,

Захисна дія елегаз засноване на взаємодії з розплавом, врезультаті чого утворюється непроникна поверхнева плівка фторидівмагнію, що володіє здатністю миттєво відновлюватися навіть післябагаторазового видалення.

3. Плавки магнієвих сплавів

Для плавки магнієвих сплавів застосовують тигельні печі з виймальної абостаціонарним тиглі місткістю 200-450 кг або відбивні печі великиймісткості. При цьому після розплавлення всієї шихти сплав переливають утигельні роздавальні печі, в яких проводиться його рафінування.

У розігрітий тигель або піч завантажують невелика кількість розмеленогофлюсу та близько половини всієї кількості магнію, поверхня якого такожзасипається флюсом. Після розплавлення перші порції магнію поступовозавантажують інше кількість магнію. Потім, коли розплавиться весьмагній, в сплав при температурі 680-700 ° С вводять попередньо дрібнороздроблену лігатуру алюміній-марганець.

Марганець в магнієві сплави вводять при температурі 850 ° С у вигляді сумішіметалевого марганцю або хлористого марганцю Про флюсом ВІЗ (див. табл. 2).
Потім в тигель поступово завантажують повернення. Протягом усього процесуплавки поверхню сплаву повинна бути покрита шаром флюсу ВІЗ.

Цинк сідає в кінці плавки розплаву при температурі 700-720 ° С.
При тій же температурі в сплав сідає берилій у вигляді лігатур магній
- Берилій або марганець-алюміній-берилій або у вигляді фторберіллата натрію
NaBeF4. Лігатури, що містять берилій, вводять в сплав до рафінування, афторберіллат натрію - під час рафінування.

Церій, будучи компонентом деяких нових магнієвих сплавів, входить досклад мішметалла, що має наступний склад (%): 45-55 церію, до 20лантану, 15 заліза, решта-рідкоземельні елементи першої групи. Прирозрахунку шихти враховують сумарний зміст всіх рідкоземельних елементів.
Мішметалл додають у розплав після рафінування за допомогою залізногосітчастого склянки, занурюватися на глибину 70-100 мм від дзеркала сплаву.

Цирконій вводять в сплав у вигляді фторцірконата натрію Na2ZrFe притемпературі 850-900 ° С.

Якщо в магнієвий сплав необхідно ввести значну кількістьцирконію, як, наприклад, у новий теплопрочний ливарний сплав МЛ12,містить 4-5% Zn, 0,6-1,1% Zr, решта-магній, доводиться користуватисятак званої шлак-лігатурою, Для приготування шлак-лігатури використовуютьшихту наступного складу,%: 50 фторцірконата калію; 25 карналіту; 25магнію. Шлаки-лігатуру готують одночасно в двох тиглях. В одномутиглі розплавляють Карналіт і після припинення бурління при температурі
750-800 ° С замішують фторцірконат калію до отримання однорідноїрозплавленої маси. Потім у цю суміш вливають розплавлений в іншому тиглімагній, нагрітим до 680-750 ° С. Отримана шлак-лігатура містить 25-50%цирконію.

Заключної стадією плавки будь-якого магнієвого сплаву є обробкайого в рідкому стані з метою рафінування, а також модифікуванняструктури. Рафінування магнієвого сплаву проводять після введення всіхлегуючих добавок і доведення температури розплаву до 700-720 ° С. Лише ввипадку обробки магнієвого сплаву фторберіллатом натрію температуранагріву сплаву перед рафінуванням підвищується до 750-760 ° С. Зазвичайрафінування виробляють шляхом перемішування сплаву залізниці ложкою абошумівкою протягом 3-6 хв; при цьому поверхню розплаву посипаютьрозмелених флюсом ВІЗ. Перемішування починають з верхніх шарів сплаву, потімложку поступово опускають вниз, не доходячи до дна приблизно на 1/2 висотитигля. Рафінування вважається закінченим, коли поверхня сплавунабуває блискучий, дзеркальний вид. Після закінчення рафінування зповерхні сплаву зчищають флюс, а дзеркало сплаву знову покривають рівнимшаром свіжої порції розмеленого флюсу ВІЗ. Потім магнієві сплави, крімсплавів МЛ4, МЛ5 і МЛ6, нагрівають до 750-780 ° С і витримують при ційтемпературі протягом 10-15 хв.

Магнієві сплави марок МЛ4, МЛ5 і МЛ6 перед розливанням піддаютьмодифікації. Після зняття з поверхні сплаву забруднень,що утворилися при модифікуванні, і після засипання поверхні розплавусвіжою порцією флюсу ці сплави витримують, при цьому температуразнижується до 650-700 ° С, потім проводять заливання форм.

Під час плавки ретельно спостерігають за станом поверхні рідкогосплаву. Якщо сплав починає горіти, його необхідно засипати порошкоподібноюфлюсом за допомогою пневматичного флюсораспилітеля.

4. Дегазація магнієвих сплавів

З метою підвищення корозійної стійкості та механічних властивостей магнієвихсплавів розроблено декілька способів обробки їх у рідкому стані,наприклад спосіб послідовної обробки ванни рідкого сплаву кальцієм ігексахлоретаном. Вказану обробку здійснюють за наступною технологією,
Кальцій в кількості 0,1% вводять в сплав після його рафінування притемпературі 750 ° С. Навіску кальцію поміщають у дзвіночок, якийзанурюють у сплав на 2/3 глибини тигля. Через 10 хв після введення кальціюсплав обробляють гексахлоретаном при температурі 750-780 ° С. Навіскугексахлоретана у кількості 0,07-0,1% від маси шихти загортають уалюмінієву фольгу або тонкий папір і поміщають у дзвіночок, якийзанурюють також на 2/3 глибини тигля і потім переміщують в ньому. По закінченніреакції з поверхні сплаву знімають шлак, сплав покривають шаром флюсу взалежно від того, який застосовують тигель - стаціонарний або виймальної.
Сплав в тиглі піддають короткочасного рафінуванню протягом 1-1,5 хв
(при місткості тигля близько 300 кг). Після повторного рафінування сплаввитримують протягом 15 хв, після чого він готовий до розливання по формах.

Послідовна обробка магнієвого сплаву кальцієм і гексахлоретпіомпідвищує щільність виливків і дозволяє різко поліпшити їх механічнівластивості.

Магнієві сплави в процесі їх плавки і розливання поглинають найбільшекількість водню в порівнянні з будь-яким з раніше розглянутих сплавівкольорових металів. Наприклад, якщо в алюмінієвих сплавах вміст воднюскладає 1-5 см3 на 100 г сплаву, то у магнієвих сплавах кількістьводню може доходити до 20-30 см3 на 100 г сплаву.

Виходячи з уявлення про методи дегазації алюмінієвих сплавів, слідприпустити, що магнієві сплави можна дегазувати тими ж способами,що й алюмінієві.

Останнім часом проведено ряд робіт, які дозволили встановитиможливість рафінування магнієвих сплавів за допомогою продування їх урозплавленому стані деякими газами. Найбільш перевіреним способомдегазації магнієвих сплавів виявився метод продувки через розплав інертнихгазів (гелію, аргону), а також хімічно активних газів: хлору та азоту.

Дегазація інертним газом. Продувку сплаву інертним газом проводять притемпературі 740-750 ° С. Швидкість продувки встановлюється такою, щобпризвести до інтенсивного перемішування розплаву без выплескивания сплаву настінки і борту печі. Час продувки для зниження вмісту водню вмагнієвому сплаві (до 8-10 см3 на 100 г сплаву) складає 30 хв. Більшетривала дегазація сплаву призводить до деякого укрупнення зерна вструктурі матеріалу виливків.

Дегазація азотом. Дія азоту при дегазації магнієвих сплавіваналогічно дії інертного газу. Однак при проходженні пухирців азотучерез сплав відбувається часткове взаємодія сплаву з газом і утворюєтьсянітрид магнію, що призводить до деякого забруднення сплавунеметалевими включеннями. Продувку магнієвих сплавів азотомздійснюють при температурі 660-685 ° С. Під час продування сплаву в цьомуінтервалі температур не відбувається інтенсивної хімічної реакції. Прибільш високих температурах (понад 700 ° С) йде активне утворення нітридумагнію. Продувку сплаву в тиглі місткістю близько 1 т виробляють протягомпівгодини через залізну трубку діаметром 20 мм. При цьому трубка повинназнаходитися на відстані 150-200 мм від дна тигля. Після закінчення дегазаціїсплав переливають в роздавальні тиглі, очищають дзеркало сплаву, після чогосплав піддають рафінуванню і модифікації. Перед операцієюмодифікування можливе проведення додаткової дегазації сплаву притемпературі 740-760 ° С продувкою хлору зі швидкістю, що викликає невеликеперемішування сплаву. Продувку ведуть протягом 3-5 хв при невеликомунадлишку хлору.

Дегазація хлором або сумішшю хлору з чотирьоххлористим вуглецем. Припроходженні пухирців хлору через сплав хлор вступає в реакцію з магнієм,утворюючи хлористий магній. Температуру сплаву при хлоруванні підтримуютьзвичайно в межах 740-760 ° С. Зміна швидкості хлорування в межах
2,5-8 л/хв не робить помітного дії на розміри зернаі механічні властивості сплаву, якщо кількість пропускається хлорузалишається постійним і не перевищує 3% від маси сплаву. Більш високийвідсоток хлору призводить до укрупнення зерна в структурі виливків і додеякого зниження механічних властивостей.

Іноді дегазація хлором поєднується з операцією модифікування сплаву. Уцьому випадку через сплав продувають 1-1,5% (від маси плавки) хлору разом з
0,25% чотирьоххлористого вуглецю. Температура сплаву притакому способі 690 -
710 ° С.

Дегазація магнієвих сплавів за допомогою хлору або суміші хлору зчотирьоххлористим вуглецем має недоліки. З них найбільш серйознимє те, що хлор токсичний (отруйний) та застосування його пов'язане знебезпекою отруєння працюючих, тому що при використанні хлору зчотирьоххлористим вуглецем утвориться деяка кількість фосгену,що є сильним отруйною речовиною.

5. Модифікування магнієвих сплавів

Модифікування магнієвих сплавів застосовують з метою подрібнення структуриі підвищення механічних властивостей виливків. Сплави марок MLZ, МЛ4, МЛ5 і МЛ6модифікують шляхом перегріву розплаву, обробки хлорним залізом, обробкивуглець матеріалами та іншими способами.

Модифікування шляхом перегріву. Сплав після рафінування нагрівають до
850 або 900 ° С і витримують відповідно протягом 15-20 або 10-15 хв.
Недоліками цього способу є збільшення витрат палива, підвищеннязносу тиглів і окислюваність сплаву, зниження продуктивності плавильнихпечей.

Модифікування вуглекислим кальцієм (крейдою). Мел у вигляді сухого порошкуабо мармур у вигляді дрібної крихти в кількості 0,5-0,6% від маси шихтизагортають у пакет з тонкого паперу, поміщають в дзвіночок і вводять всплав на половину висоти тигля. Температура сплаву в процесімодифікування. 760-780 ° С. Процес обробки триває 5-8 хв іведеться до припинення виділення бульбашок на поверхні сплаву. Сплаввитримують після модифікації 10-40 хв.

Модифікування магнезитів. Магнезит, подрібнений у порошок, вкількості 0,3-0,4% від маси шихти загортають в паперові пакети ізанурюють у сплав дзвіночком в один або два прийоми. Модифікування
. продовжують 8-12 хв до припинення виділення бульбашок на поверхнісплаву. Сплав витримують 30-40 хв. Застосовується в даному випадку вяк модифікатора магнезит негігроскопічен, але не виключена можливістьдеякого забруднення магнієвого сплаву неметалевими включеннями,наявними в магнезит. Модифікування магнезитів проводять дорафінування при температурі магнієвого сплаву 720 - 730 ° С,

6. Розлив магнієвих сплавів

Заливка форм магнієвим сплавом ведуть в більшості випадків притемпературі 740-780 ° С і лише при великих тонкостінних виливок температурупідвищують до 800 ° С, а в окремих випадках-до 810 ° С. Подальше підвищеннятемператури не рекомендується із-за сильного окислення сплаву.

Роздачу сплаву з печі і заливання форм ведуть такий спосіб. Задосягненні потрібної температури сплаву роблять підготовку розливногоковша шляхом прогріву його до червоного в тиглі з розплавленим флюсом ВІ2 (див.табл. 2). Потім флюс зливають через носок ковша і ретельно очищують зстінок ковша. У робочому тиглі з поверхні розплаву металевоїсчіщалкой або донної частиною ковша флюс відводять, і при повільному зануренніковша набирається сплав. Деяка кількість сплаву (до 5%) зливаєтьсяназад в піч через носок ковша для того, щоб видалити флюс, що знаходитьсяна носіння. Наповнений ківш виймають з ванни рідкого сплаву і дають стектифлюсу з його зовнішніх стінок. Щоб уникнути зачерпиванія флюсу при заборісплаву ковшем, слід вичерпувати не більше 2/3 місткості печі або тигля.

При заливки форм носок ковша повинен знаходитися по можливості ближче долітніковой чаші або воронці, струмінь металу має стало, а чашаабо воронка стояка протягом усього часу заливки повинна бутизаповненою. Для запобігання від горіння під час заливки струмінь магнієвогосплаву пріпилівается сірчаним кольором або сумішшю сірки і борної кислоти (1:1)із спеціального розпилювача або мішечка з нещільної тканини. По закінченнізаливки в ковші повинно залишатися не менше 10-15% сплаву. Весь сплав зковша не можна виливати з-за можливого попадання флюсу в ливарню форму.
Залишки сплаву зливають у виливниці.

Список використаної літератури

1. Білоусов М.М. Плавка і розливання сплавів кольорових металів. - Л.:

Машиностроение, 1981 .- 80с.
2. Липницький А.М., Морозов І.В. Технологія кольорового лиття. - Л.: Машгиз

, 1986 .- 224с.
3. Воздвиженський В.М. Ливарні сплави і технологія їх виплавки в машинобудуванні. - М.: Машиностроение, 1984 .- 432с.

Продаю диплом з проектування ливарних цехів захищена на відмінно

З кресленнями цеху серійного виробництва сталеливарного цеху.

Keen1 @ yandex.ru

-----------------------

Рис. 1. Схема пристрою для бесфлюсовой плавки магнієвих сплавів з використанням сірки;

I-розплавлена сірка; 2-труба для подачі стисненого повітря; 3-піч;

4-сталевий тигель; 5-магнієвий сплав

Рис. 2. Схема подачі сірчистого ангідриду для захисту поверхні розплаву від окислення:
1 - пристрій для подачі сірчистого ангідриду; 2-піч, і 3-сталевий тигель;

4-магнієвий сплав