|
Для изготовления фасонных отливок
используют три группы магниевых сплавов: сплавы магния с алюминием и цинком,
сплавы магния с цинком и цирконием, сплавы магния, легированные РЗМ ().
Сплавы 1-й группы предназначены для производства
высоконагру- женных отливск, работающих в атмосфере с большой влажностью. Для
повышения коррозионной стойкости в сплавы вводят 0,1—0,5 % марганца, а для
снижения окисляемости 0,001—0,002 % бериллия или 0,5—0,1 % кальция. Сплавы
эгой группы относя г к числу высокопрочных. Основным упрочнителем в них
является алюминий, растворимость которого в магнии при эвтектической
температуре составляет 17,4%, г при нормальной — 2,8%. Цинк также упрочняет
магний, но менее эффективно, чем алюминий.
Основными структурными составляющими сплавов этой группы
являются первичные кристаллы aMg твердого раствора алюминия и цинка в магнии,
фазы у (Mg1TAl12), 41 (Мп, А1) и марганцевая фаза. Фаза у является
упрочнителем сплавов при термической обработке.
Сплавы 2-й группы также относят к числу высокопрочных. Они
отлишотся от магниевых сплавов других групп повышенными механическими
свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием. Легирование их лантаном
улучшает литейные свойства, несколько повышает жаропрочность и свариваемость,
но снижает прочность и пластичность при нормальной температуре. Эти сплавы
обладают удовлетворительными литейными свойствами, имеют измельченные
цирконием зерна, способны упрочняться при термической обработке. Из них можно
получать отливки с однородными свойствами в различных по толщине сечениях. Их
используют для изготовления отливок, работающих при 200—250 °С и высоких
нагрузках. Основными структурными составляющими являются твердый раствор
цинка и циркония в магнии (otMg) и включения интерметаллидв Mg2Zn3 и ZrZn2,
являющихся упрочнителями при термической обработке.
Сплавы 3-й группы обладают высокой жаропрочностью и
хорошей коррозионной стойкостью. Они предназначены для длительной работы при
250— 350 °С и кратковременной при 400 °С. Эти сплавы имеют хорошие литейные
свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию микрорыхлот и
усадочных трещин, высокие и однородные механические свойства в сечениях
различной толщины. Сплавы с редкоземельными элементами применяют для
изготовления отливок, работающих под воздействием статических и усталостных
нагрузок. Основными их структурными составляющими являются твердый раствор
неодима и циркония в магнии и включения фаз Mg3Nd, Mg0Nd, Mg2Zr.
Для изготовления отливок чаще используют сплавы первой
группы. Луч- шими литейными свойствами обладают сплавы МЛ5 и МЛ6.
Особенности плавки и литья. Плавка магниевых сплавов
сопряжена с рядом трудностей, связанных прежде всего с их легкой
окисляемостью. На поверхности магниевых расплавов, в отличие от алюминиевых,
образуется рыхлая пленка оксида, не предохраняющая металл от дальнейшего
окисления. При незначительном перегреве магниевые расплавы легко
воспламеняются. В процессе плавки магний и его сплавы взаимодействуют с
азотом, образуя нитриды, и интенсивно поглощают водород (до 30 см3 на 100 г расплава). Оксиды и нитриды, находясь во взвешенном состоянии, обусловливают снижение
механических свойств сплава и образование микропористости в отливках.
Для предотвращения интенсивного взаимодействия с печными
газами плавку магниевых сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов
При плавке большей части магниевых сплавов применяют флюс ВИ2 (40—48 % MgCl,,
30— 40 % КС1, 5 % ВаС12, 3—5 % CaF2) и ВИЗ (33-40 % MgCl2, 25—36 % КС1, 15—20
% CaF2, 7—10 % MgO), основой которых является карналлит. Покровные флюсы для
сплавов с редкоземельными элементами не должны содержать хлористый магний
(22—26 % КС1, 17—20 % NaCl, 35—39 % СаС12, 19—23% ВаС12, 2—5 % CaF2), так как
он взаимодействует с РЗМ с образованием хлоридов, увеличивая их потери до
20%.
Химический состав, некоторых магниевых литейных сплавов
(ГОСТ 2856—79
Применение флюсов вызывает ряд нежелательных явлений.
Попадание флюса в тело отливки приводит к образованию очагов интенсивной
коррозии из-за их высокой гигроскопичности; существенно ухудшаются условия
труда Поэтому в настоящее время широко применяют безфлюсовую плавку,
используя для за
щиты магниевых расплавов газовые смеси (воздух с
шестифтористой серой или фторидом бора, углекислый газ и др.)- В
производственных условиях чаще всего используют смесь воздуха с 0,1 %
шестифтор истой серы
В зависимости от масштаба производства и массы отливок
применяют три способа плавки литейных магниевых сплавов: в стационарных
тиглях, выемных тиглях и дуплекс-процессом (в индукционной печи-тигле).
Плавку в стационарных тиглях ведут при массовом или крупносерийном
производстве мелких отливок. Сплавы в этом случае расплавляют под флюсом ВИ2
в толстостенных стальных тиглях. После рафинирования и модифицирования
расплавы отстаивают в течение 10—15 мин при температуре 700—720 °С, а затем
небольшими ковшами разливают по формам. Остаток металла (25—30 % объема
расплава в тигле), загрязненный неметаллическими включениями и флюсом, после
каждой плавки сливают и подвергают переплавке и рафинированию.
При изготовлении крупных отливок плавку ведут в выемных
сварных стальных тиглях чайникового типа под флюсом ВИЗ. Этот флюс имеет
меньшую плотность, чем флюс ВИ2, поэтому всплывает на поверхность расплава и
во время заливки форм удерживается в тигле перегородкой. Для заполнения форм
исполь* эуют 2/3 объема расплава; 1/3 объема, загрязненного флюсом и
неметаллическими включениями, направляют на переплав и рафинирование.
При дуплекс-процессе после расплавления в индукционных
тигельных печах под флюсом расплав переливают в выемные тигли, в которых
осуществляют рафинирование и модифицирование.
Выплавка большей части магниевых сплавов начинается с
загрузки и расплавления покровного флюса (около 10 % от массы шихты), затем
загружается и расплавляется магний или подготовительный сплав, в который
добавляются легирующие компоненты (Мп, Zn, Zr и РЗМ). Марганец вводят в виде
хлористого марганц при 850 °С, цирконий в виде фторцирконата калия или
лигатуры магний — цирконий. РЗМ вводят в чистом виде или мишметаллом.
Для очистки от неметаллических включений магниевые
расплавы фильтруют через зернистые фильтры из магнезита или графита,
обрабатывают флюсом ВИ2 или ВИЗ или продувают газами (аргоном при 720—760
°С). Для связывания водорода в устойчивые гидриды в расплавы перед разливкой
вводят до 0,1 % кальция.
Для измельчения зерна и повышения механических свойств
магниевые сплавы, содержащие алюминий, подвергают модифицированию углеродсодержа-
щими веществами (мелом, гексахлорэтаном, магнезитом, мрамором и др.) или
перегревом Перед модифицированием для предохранения от загорания в расплавы
вводят 0,001—0,002 % бериллия
При модифицировании перегревом расплав нагревают в
стальном тигле до 900 °С, выдерживают при этой температ) ре 15—20 мин, а
затем быстро охлаждают до температуры заливки. В процессе перегрева магниевые
расплавы растворяют некоторое количество железа из стального тигля. При
последующем быстром охлаждении железо выделяется в виде дисперсных частиц
FeAl3, которые служат центрами кристаллизации для твердого раствора алюминия
в магнии (aMg).
Более стабильные результаты достигают модифицированием
углеродосодер- жащими веществами (0,3—0,6% от массы расплава) При 720—780 °С
модификаторы разлагаются с выделением углекислого газа, из которого магний
восстанавливает углерод. В результате последующего взаимодействия с алюминием
образуются тонкодисперсиые карбиды алюминия (А14С3), являющиеся центрами
кристаллизации для ag -твердого раствора.
Для измельчения зерен сплавов, не содержащих алюминия, в
расплав вводят присадки циркония (0,5—0,7%) или кальция (0,05—0,15%).
При заливке форм предусматривают меры, предотвращающие
попадание шлака и сЬлюса в отливки, захват воздуха и окисление расплава. Для
этого применяют литниковые чаши с пробками, вмещающие от 30 до 100 % сплава,
потребного для заполнения формы, устанавливают металлические сетки и
зернистые фильтры. Эффективной мерой предотвращения попадания флюса в отливки
является применение фильтров из магнезита, хорошо впитывающих хлориды.
Расширяющиеся литниково-питающие системы с тонкими
ленточными стояками, щелевыми и многоярусными питателями, массивные прибыли
(30—50 %
от массы отливки) должны обеспечить плавный подвод металла
и рациональное питание отливки в процессе затвердевания.
Около 80 % отливок из магниевых сплавов изготовляют в
металлических формах (в кокилях и под давлением) и около 20 % в песчаных
формах. Песчаные формы и стержни изготовляют из мелкозернистых песков.
Отличительной особенностью формовочных и стержневых смесей
для этой группы сплавов является введение в их состав серы, буры, борной
кислоты, технической мочевины и других веществ, предотвращающих
взаимодействие расплава с материалом форм и стержней.
При заливке форм струю металла обязательно припудривают
молотой серой, что предохраняет расплав от загорания. При изготовлении
высоких отливок (высотой более 500 мм) широко используют метод литья с
последовательной направленной кристаллизацией, предусматривающий подачу
расплава в форму под уровень расплава через стальные подогреваемые трубки
диаметром 10—12 мм и опускание формы с зада/гной скоростью. Трубки при этом
остаются в исходном положении, нижний конец их все время находится под
уровнем расплава.
Отличительной особенностью технологии является химическая
обработка отливок перед их термической обработкой и сдачей на склад с целью
получения плотного защитного слоя оксида на поверхности. В процессе
химической обработки отливки обезжиривают в щелочном растворе, промывают в холодной
воде, выдерживают в растворе хромового ангидрида для удаления остатков солей
и флюсов, вновь промывают в воде, оксидируют в растворе двухромовокислого
калия с азотной кислотой и хлористым аммонием для получения оксидной пленки,
промывают и высушивают. После этого отливки подвергают термической обработке
в атмосфере сернистого газа с принудительной циркуляцией.
Технология обрубки, пропитки и контроля отливок из
магниевых сплавов аналогична технологии обработки отливок из алюминиевых
сплавов.
|