4.2.4. Модифицирование магниевых сплавов

При проведении некоторых технологических операций магниевые расплавы приходится перегревать. Это приводит к получению крупнозернистой структуры, особенно при литье в разовые формы. Для измельчения зерна и повышения механических свойств магниевые сплавы системы Mg – Al - Zn ( МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6) необходимо модифицировать. В состав остальных сплавов входит цирконий, который и оказывает модифицирующее действие.

Модифицирование сплавов, содержащих алюминий, можно осуществить: перегревом; введением углеродосодержащих добавок (мел, мрамор, магнезит, гексахлорэтан, углекислый газ); или хлорным железом.

Эффект измельчения зерна наблюдается при 10-15 минутной выдержке расплава, перегретого до 850-900 °С, в стальном тигле. После этого сплав нужно быстро охладить до температуры заливки (700 – 720 ^оС). При охлаждении сплава выделяются мелкодисперсные частицы тугоплавкого интерметаллида FeAl_3, которые служат дополнительными центрами кристаллизации. Модифицирование перегревом проходит успешно, в том случае, если в сплаве не менее 0,001 % Fe и 0,2 % Мn. На практике перегревом пользуются редко, так как снижаются технико-экономические показатели плавки, растет угар сплава.

Наиболее распространенным методом является модифицирование углеродосодержащими веществами. При нагреве магнезит или мрамор разлагаются с выделением CO₂, который вступает во взаимодействие с магнием:

CaCO₃ → CaO + CO₂

MgCO₃ → MgO + CO₂

2 Mg + CO₂ = 2 MgO = C

Выделившийся углерод образует карбиды Al₄C₃ в мелкодисперсной форме. Они и служат дополнительными центрами кристаллизации.

Аналогичный эффект достигается при введении в расплав хлорного железа. Центрами кристаллизации служат дисперсные частицы FeAl₃

Режимы модифицирования магниевых сплавов системы Mg – Al – Zn приведены в таблице 12.

Таблица 12

Режимы модифицирования магниевых сплавов

Модифи-катор	Расход, % от массы шихты	Размеры кусков, мм	Темпера-тура рас-плава, оС	Время замеши-вания, мин	Время отстаива-ния, мин
Мел Мрамор Магнезит С2Сl6 FeCl3	0,5 – 0,6 0,5 – 0,6 0,3 – 0,4 0,05 – 0,5 0,5 – 1,0	Порошок Крошка 10 – 25 Порошок Порошок	760–780 760–780 720–730 720–760 750–770	5 – 8 5 – 8 8 – 12 8 – 12 15 – 20	15 – 40 15 – 40 15 – 40 15 – 40 10 – 40

Магниевые сплавы, содержащие РЗМ, модифицируют цирконием. Если он не входит в состав сплав, то его добавляют в количестве 0,3 – 1,0 %. Качество модифицирования проверяется по размеру макрозерна, излому и дисперсности микроструктуры.

4.2.5. Технология приготовления магниевых расплавов

С учетом высокой химической активности магния в литейных цехах сложилась сложная многоступенчатая технология плавки магниевых сплавов. В зависимости от назначения различают:

• первичные сплавы – чушки готовых стандартных сплавов, поставляемые металлургическими предприятиями;

• предварительные сплавы – сплавы, которые готовят из свежих металлов, металлов и возвратов, из одних возвратов и мелких отходов, разливают в изложницы и используют для плавки промежуточных и рабочих сплавов;

• промежуточные сплавы – сплавы, приготовленные в плавильных печах для перелива в раздаточные печи;

• рабочие сплавы – сплавы в тигле плавильной или раздаточной печи, готовые для разливки по формам.

В зависимости от серийности производства и развеса литья рабочие сплавы можно приготовить (рис. 25) одноступенчатым или комбинированным методом (дуплекс – процессом).

Одноступенчатый метод

Двухступенчатый метод (дуплекс – процесс)

Печь со стацио-нарным тиглем

Печь с выемным тиглем

Отражатель-ная печь

Тигельная печь со стационарным тиглем

Раздаточ- ный ковш

Печь со ста-ционарным тиглем

Печь с выемным тиглем

п

Литейная форма

Раздаточный ковш

Литейная форма

Рис. 25. Схема одно- и двух стадийной плавки магниевых сплавов

При одноступенчатом методе разливка сплава в формы или изложницы производится непосредственно из печей, в которых производилась плавка: с помощью раздаточных ковшей из печей со стационарным тиглем или непосредственно из плавильного тигля, если плавка ведется в печах с выемными стальными тиглями.

При двухступенчатом методе плавку начинают в печах большой емкости (ванных отражательных или индукционных тигельных со стационарным тиглем). Готовый металл сливают в раздаточные печи со стационарными или выемными тиглями. После этого металл разливается по формам раздаточными ковшами или непосредственно из выемных тиглей.

При любом методе реализуются две разновидности плавки: в стационарных тиглях и в выемных тиглях. Для них характерна следующая последовательность приготовления сплавов: расплавление под защитными флюсами или защитными атмосферами, перегрев, рафинирование, модифицирование и разливка.

Для непрерывного обеспечения литейного цеха жидким металлом необходима организация плавильного участка, оснащенного блоком различных печей. Минимальное количество таких печей три: печь для переплава возвратов собственного производства, печь для плавки рабочего сплава (раздаточная печь) и печь с тиглем для промывки ковшей и инструмента в расплавленном флюсе. Количество и емкость печей зависит от производственной мощности.

При плавке магниевых сплавов необходим постоянный контроль за состоянием тиглей. Новые тигли рекомендуется опробовать на плавке флюса в течение 2 – 3 часов. Тигли бывшие в употреблении проверяются через каждые 48 – 72 часа. Тигель очищается от окалины и производится внешний осмотр, простукивание молотком и измерение толщины стенки контрольным приспособлением. Тигли с трещинами и местным утонением стенки сверх 50 % к эксплуатации не допускаются. Сварные тигли контролируются после окончания каждой смены. Особое внимание обращается на состояние сварных швов.

Различные группы магниевых сплавов имеют существенные отличия в технологии плавки.