книги из ГПНТБ / Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния

магния с различным содержанием этих элементов. На­ пример, примесь алюминия нежелательна при исполь­ зовании магния в качестве восстановителя при произ­ водстве губчатого титана, а введение алюминия как легирующего компонента существенно улучшает меха­ нические свойства магния.

4. Прочие элементы: сера, аргон, гелий.

Эти элементы обеспечивают технологические условия приготовления и разливки магниевых сплавов и воз­ можность проведения других операций. При сгорании серы, применяемой при разливке магния и сплавов, об­ разуется целый ряд соединений, в частности сернистый

2.ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МАГНИЯ-СЫРЦА ПРИМЕСЯМИ

Как мы указывали выше, магний, производимый электролитическим способом, содержит металлические и неметаллические примеси.

Примеси могут попадать в рабочий электролит элек­ тролизера, а из него,в магний-сырец с исходным сырьем;

В табл. 1 приведены результаты определения некото­ рых примесей в сырье и рабочем электролите электроли­ зеров, работающих на возвратном хлористом магнии ти­ танового производства и на карналлите.

Данные табл. 1 подтверждают положение о возмож­ ности загрязнения магния-сырца примесями, содержа­ щимися в сырье. Сравнение содержания примесей в электролите обеих схем [3] показывает, что разница невелика. ■

Кроме указанных в табл. 1 с сырьем поступают и дру­ гие примеси: натрий, калий и кальций.

Поступление железа, кремния, углерода, алюминия в электролит и переход их в магний-сырец возможно из узлов и деталей электролизера: катодов, диафрагм, ано­ дов, футеровки.

Футеровку электролизеров для получения магния из­ готавливают из шамотного кирпича, основу которого со­ ставляют окислы алюминия и кремния. Поскольку срод-

Ю

11

ство магния к кислороду больше, чем алюминия и крем­ ния, возможно протекание реакции:

3Mg+AlA=3MgO+2Al; 2Mg-j-SiOa=2MgO-fSi.

При этом происходит разрушение футеровки, наблю­ даются дополнительные потери магния и, кроме того, он загрязняется алюминием л кремнием, которые выделя­ ются в результате указанных реакций п растворяются в магнии-сырце.

Содержание железа в магнии-сырце определяется температурой магния. Достаточно большая продолжи­ тельность нахождения магния в электролитической ячей­ ке и при этом постоянный контакт его со стальным ка­ тодом и металлическим инструментом способствует предельному растворению железа в магнии при опреде­ ленной температуре.

В табл. 2 по данным различных авторов приведены значения растворимости железа в магнии при темпера­ турах технологической обработки магния и его сплавов.

По нашим данным, растворимость железа в магнии при температуре 700° С составляет 0,035—0,040%.

Никель может попадать в магний не только из сырья при карналлитовой схеме питания, но и при питании возвратным хлористым магнием.

Интерес к содержанию титана в магнии возник так­ же в связи с использованием в качестве сырья возврат­ ного хлористого магния титанового производства и при использовании титана для очистки магния от железа.

Втабл. 3 приведены значения растворимости титана

вмагнии.

Проводя исследования и разрабатывая процессы очистки магния от железа титаном, мы ориентировались

12

на величину растворимости титана, равную 0,014% (по м.ассе). Результаты советских исследователей по опреде­ лению содержания титана в магнии и данные авторов помещены ниже в гл. IV.

Неметаллические примеси — кислород, азот и водо­ род— попадают в магний-сырец из сырья, а также при контакте с атмосферой окружающего воздуха и при вы­ борке металла из электролизера, а примеси хлористых солей (электролита) — при выборке металла из электро­ лизера. Количество неметаллических примесей во мно­ гом определяется конструкцией электролизера: чем он герметичнее, тем меньше контакт магния-сырца с возду­

молекулярных объемов окисла и металла. Если это от­ ношение больше единицы, то пленка сплошная, доста­ точно прочная, защищающая металл от дальнейшего окисления. Так, у алюминия этот коэффициент равен 1,27, и струя жидкого алюминия при сливе находится

в«чулке» окиси.

Умагния коэффициент Пиллинга — Бэдворда равен

0,74; образующаяся окисная пленка-—несплошная рых­ лая. Особенность пленки окиси магния на жидком ме­ талле состоит в том, что она не защищает металл от проникновения кислорода и, кроме того, малотеплопро­ водна, что ведет к перегреву металла под ней и возгора­ нию его.

При взаимодействии магния с азотом образуется ни­ трид магния Mg3N2, загрязняющий магний. При взаи­ модействии нитрида магния с влагой воздуха происхо­ дит реакция

Водород является основной составляющей газов, рас­ творяющихся в магнии. Водород попадает в магний из влаги, содержащейся в воздухе, при электролизе недо­ статочно обезвоженного карналлита. По данным [7], при 700° С в 100 г магния растворяется 26 см3 водорода. Наличие в магнии избыточного водорода, выделяющего-

13

14

ся из раствора при затвердевании, приводит к образова­ нию пористости в отливках и ухудшает их механические и другие свойства.

Количество хлористых солей в магнии-сырце зависит от субъективных факторов, толщины слоя магния в электролитической ячейке, степени обученности персо­ нала цеха и пр.

3. СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МАГНИЯ-СЫРЦА

По нашим данным [8], содержание примесей в маг­ нии-сырце находится в следующих пределах, % (по массе): 0,03—0,05 Fe; 0,001—0,002 Ni; 0,001—0,005 Al; <0,018 Мд; 0,002—0,006 Si; 0,001—0,002 Cu.

кам. Кроме того, содержание всех металлических приме­ сей в электролитическом магнии значительно ниже, чем по ГОСТ 804—62. Исключение составляет железо, кото­ рое удаляется из магния при последующих операциях переработки магния-сырца.

Содержание натрия и калия в магнии-сырце неве­ лико и зависит от условий электролиза: <0,01% Na, < 0,005% К. Что касается кальция, то при обычных со­ ставах применяемых в отечественной практике электро­ литов содержание его не превышает 0,001 % [9].

Специальные эксперименты, в которых применяли электролит состава, % (по массе): I0MgCI2; 30СаС12; 30КС1; 30NaCl, показали, что независимо от проводи­ мых на электролизере операций содержание кальция во всех пробах магния-сырца оказалось очень высоким, равным 0,1—0,2%.

4.ЛЕГИРУЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ

ИПРОМЫШЛЕННЫЕ МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Втабл. 5 приведены физические и технологические характеристики легирующих компонентов и добавок, применяемых при изготовлении магниевых сплавов (эле­ менты расположены в порядке уменьшения их примене­ ния).

15

Данные табл. 5 позволяют оценить возможность при­ менения того млн иного легирующего компонента с точ­ ки зрения его влияния на плотность магниевого сплава, изменение температуры плавления; зная удельную теп­ лоемкость, теплоту и температуру плавления легирую­ щего компонента, молено определить необходимое коли­ чество тепла для его расплавления.

Алюминий и цинк являются основными легирующими компонентами магниевых сплавов. Их вводят для повы­ шения прочностных характеристик магниевых спла­

вов [1].

Марганец вводят для повышения коррозионной стой­ кости магниевых сплавов, а также для их упрочнения. При введении марганца между ним и железом образу­ ются нерастворимые в магнии соединения, лпквирующне из расплава, что повышает чистоту сплава [1].

Цирконий значительно измельчает зерно магния, при этом повышаются прочностные и пластические характе­ ристики сплава [1]. ч

Литий уменьшает плотность магниевого сплава. При введении в магний 12% лития плотность сплава умень­ шается до 1,38 г/см3 [10]: это на 20% меньше, чем плот­ ность магния, и на 25% меньше, чем магниевого спла­ ва МЛ5.

При разработке магниевых сплавов преследовали следующие основные цели: повышение механических свойств, коррозионной стойкости, жаропрочности и дру­ гих специфических свойств.

Для повышения механических свойств, как уже ука­ зывалось, в магний вводили марганец, а также другие компоненты.

Жаропрочность сплавов повышали путем введения

жаропрочностью отличаются сплавы, легированные то­ рием.

Известны данные о повышении жаропрочности маг­ ниевых сплавов благодаря введению в магний иттрия [12]. Ожидается повышение жаропрочности магниевых сплавов с введением в них скандия [13].

Разработка магниевых сплавов с улучшенными элек­ трохимическими характеристиками (в частности, с высо­ ким значением потенциала), предназначенных в качест-

18

20