Исследование эффективности мела и гексахлорэтана при модифицировании сплавов системы Mg-Al-Zn Методики модифицирования

Для измельчения зерна и повышения механических свойств магниевые сплавы, содержащие алюминий, подвергают модифицированию перегревом или введением углеродсодержащих

веществ.

Для модифицирования перегревом расплав после рафинирования нагревают в стальном тигле до 900 ^СС, выдерживают при этой температуре 15—20 мин и быстро охлаждают до температуры заливки (680—720 °С). Растворение тигля при перегреве расплава и образование при охлаждении большого числа тонкодисперсных частиц интерметаллида FeА1₃, являющихся центрами кристаллизации, приводят к измельчению зерна сплава отливки. Эффективность модифицирования зависит от содержания в сплаве железа. При содержании железа менее 0,005 % вырастает крупное зерно; зерно среднего размера образуется при содержании железа от 0,006 до 0,02 %, а мелкое зерно при содержании железа более 0,02 %. Выдержка расплавов при температуре заливки сопровождается коагуляцией частиц интерметаллида FеА1₃ и огрублением зерна. Процесс огрубления идет тем интенсивнее, чем больше в сплаве примесей циркония, кремния или бериллия. Резкое огрубление наблюдается при содержании 0,002 % циркония. Получить отливки с мелким зерном практически невозможно при содержании в сплаве более 0,08 % кремния или более 0,002 % бериллия. Модифицирование перегревом проходит успешно при содержании в сплаве 0,001 % железа и 0,2 % марганца.

Эффект модифицирования перегревом пропадает при длительной выдержке расплава (до 1 ч) при 680—720 °С. Повторный нагрев до 900 °С вновь измельчает структуру. Перегрев модифицированного расплава до 1000 °С или медленное охлаждение с оптимальной температуры модифицирования приводит к огрублению зерна.

Недостатками этого способа являются низкая производительность, повышенный угар сплава, большой расход тиглей и топлива.

При модифицировании углеродсодержащими веществами в расплав после рафинирования вводят просушенные мел, мрамор, магнезит, гексахлорэтан или осушенные ацетилен и углекислый газ.

При модифицировании мелом, магнезитом, мрамором эти вещества разлагаются с выделением углекислого газа, вступающего во взаимодействие с магнием:

MgCO₃→MgO+CO₂

2Mg+CO₂→2MgO+C

Выделяющийся углерод взаимодействует с алюминием, образуя карбид алюминия А1₄С₃. Мелкодисперсные выделения тугоплавкого карбида являются центрами кристаллизации для твердого раствора алюминия в магнии.

При модифицировании гексахлорэтаном между расплавом и модификатором проходит химическая реакция, в результате которой выделяется атомарный углерод, необходимый для образования карбида алюминия.

3Мg + С₂С1₆ →3МgС1₂ +2С.

Модифицирование углеродсодержащими модификаторами по сравнению с модифицированием перегревом имеет ряд преимуществ: возможность получения мелкого зерна отливок без перегрева расплава, сокращение расхода топлива и тиглей, снижение потерь металла на угар. Поэтому этот вид модифицирования широко применяют при производстве фасонных отливок. Недостатком такого модифицирования является обогащение расплавов оксидами и водородом, что влечет за собой образование микрорыхлот и снижение механических свойств сплавов. К числу недостатков следует также отнести кратковременность сохранения эффекта модифицирования. Сильное огрубление зерна в отливках наблюдается после выдержки модифицированных расплавов в течение 40—60 мин при 700—720 °С. Демодифицирующее действие на сплавы системы магний—алюминий—цинк, модифицированные углеродсодержащими модификаторами, оказывают сотые доли процента циркония и перегрев расплава выше 950 °С. Модификаторы вводят в расплав с помощью «колокольчика», опуская их примерно на половину глубины тигля.

Для сплавов, не содержащих алюминия, измельчение зерна отливок достигается присадками 0,5—0,7 % циркония или 0,05— 0,15 % кальция. Для введения циркония используют лигатуру магний — цирконий (12 % циркония), шлак-лигатуру или фтор-цирконат калия. Кальций вводят в чистом виде. Качество модифицирования определяется по размеру макрозерна, излому и дисперсности микроструктуры. Размер макрозерна и дисперсность структурных составляющих определяется методом секущих.