Реферат на 5 - банк рефератов

Министерство Российской Федерации

по высшему

образованию


Волгоградский государственный технический университет



Кафедра '' Машины и Технология литейного производства''







Реферат


Тема: Технология плавки и разливки магниевых сплавов.





Выполнил:

Студент группы ЛМХ-533

Просин Д.А.

Проверил:

Ким.Г.П.







Волгоград 2000г.

1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Среди литейщиков, занятых изготовлением отливок из магние
вых сплавов, установилась следующая терминология, относящаяся к характеристике исходных шихтовых материалов и к сплаву, при
готовленному для заливки форм.

Первичным сплавом называются чушки готового сплава, выпускаемые металлургической, промышленностью.

Предварительным сплавом называются чушки готового сплава собственного производства, выплавляемые из первичных металлов с добавкой переплава литников, сплесков и других отходов.

Рабочим сплавом называется жидкий расплав, приготов
ленный для заливки форм.

Магниевые сплавы в значительной степени подвержены кор
розии. Особенно усиленно развивается коррозия на поверхности деталей из магниевых сплавов, если в отливки попадают хлориды магния:
MgCl
2
+H
2
О→Mg(OH)
2
+2HCl; 2HC1
+
Mg→MgCl
2
+
Н
2
. Поэтому шихтовые материалы, пораженные коррозией, по
крытые окислами и маслом, должны тщательно очищаться дробью. Можно применять химические способы очистки, но они более сложны, так как связаны с травлением, промывкой и сушкой.

Мелкие отходы и стружка магниевых сплавов, получающиеся после механической обработки, на некоторых предприятиях под
вергают переплавке, рафинированию и разливке в чушки, которые затем используют для приготовления предварительных и рабочих сплавов.

В литейных цехах, где применяется экспресс-анализ химиче
ского состава магниевых сплавов по ходу плавки, в составе ших
ты допускается применять до 60-80% возврата производства.

Расчет шихты при приготовлении наиболее распространенных литейных магниевых сплавов следует проводить с учетом реко
мендаций, приводимых в табл. 1.


Таблица 1. Рекомендуемый расчетный состав шихты для предварительных и рабочих сплавов на магниевой основе, предназначенных для фасонного литья


Марка сплава


Массовая доля компонентов, %



Алюминий


Цинк


Марганец


Кремний


Магний


МЛ2

МЛЗ

МЛ5


-

3,0

8,4


-

1,2 0,5


2,5

0,3

0,4


-

-

-



Остальное

>

>



Для приготовления литейных магниевых сплавов применяются лигатуры следующего состава, %: алюминий-марганец, 8-12 марганца, остальное-алюминий; алюминий-магний-марганец, 20 магния, 10 марганца, остальное-алюминий; алюминий-бе
риллий, 2-3 бериллия, остальное-алюминий; алюминий-маг
ний - бериллий, 35 магния, 3 бериллия, остальное - алюминий; магний-марганец, 2-4 марганца, остальное-магний.

2. ФЛЮСЫ ДЛЯ ПЛАВКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Магний и его сплавы в расплавленном состоянии энергично реагируют с кислородом и поэтому загораются на воздухе. В свя
зи с этим при плавке необходимо применение специальных мер защиты расплавленного металла от контакта его с воздухом.

В промышленности нашел применение метод плавки под слоем флюсов. Различие в способах ведения плавки и разливки сплава по формам, естественно, требует и применения флюсов различного состава. Основное назначение флюсов заключается в образовании на поверхности жидкой ванны защитного покрова, изолирующего сплав от контакта с воздухом, и в удалении

из сплава окислов и нитридов, получившихся во время плавки.

Приведем классификацию флюсов, применяемых при плавке и разливке магниевых сплавов.

Единые (универсальные)
флюсы используют на всех стадиях технологического процесса плавки магниевых сплавов.

Рафинирующие
флюсы применяют во время рафиниро
вания магниевых сплавов в сочетании с покровными флюсами.

Покровные
флюсы используют только после рафиниро
вания сплава во время выстаивания сплава в тигле и разливки его в формы в сочетании с рафинирующими флюсами.

Прочие
флюсы для плавки магниевых сплавов, в состав которых входят элементы, активно взаимодействующие с уни
версальными флюсами (например, флюсы для сплавов магния а литием), используют их также при переплавке стружки.

Вспомогательные
флюсы и соли, например карналлит, применяют для промывки ковшей и другого плавильного инстру
мента.

Флюсы должны обладать следующими общими свойствами:

иметь температуру плавления ниже температуры плавления сплава или чистого магния; 2) иметь достаточно высокие жидко-

Т а б л и ц а 2, Флюсы, применяемые при плавке и разливке магниевых сплавов


Марка


Массовая доля компонентов»

%


Назначение


ВИ2




ВИЗ




В


Карнал
лит


38-46
MgCI
2
;
32-40 КС1; 5
BaCI
2
; 3-5CaF
2
;
до 8
NaCl+
+
CaCI
2
;
до 1,5
MgO


34-40
MgCl
2
;
25-36 КС1; 15-20
Ca F
2
;
7-10
MgO;
до 8 NaCl+
CaCI
2


18-23
MgCl2;
30-40 КС1; 30-35
BaCl2;
3-6
CaF2;
до 1,5 MgO; до 10 NaCl+
CaCl2


40-48
MgCl
2
;
34-42 КС1; до 1,2 MgO; до 8 NaCl+
CaCl
2


Универсальный флюс для приготовления спла
вов типа МЛ5 в стацио
нарных тиглях, а также в индукционных печах


Универсальный флюс для приготовления спла
вов в выемных плавиль
ных тиглях



Универсальный флюс для плавки сплава МЛ 10



В качестве основы для приготовления флюсов ма
рок ВИ2, ВИЗ, Б, а так
же для промывки разли
вочных ковшей и пла
вильного инструмента



текучесть и поверхностное натяжение для того, чтобы поверх
ность сплава покрывалась сплошным слоем; 3) смачивать стенки тигля или подину печи; 4) хорошей рафинирующей способ
ностью, т. е. способностью легко удалять из расплава неметалли
ческие включения; 5) иметь плотность в расплавленном состоянии при температурах 700-800 °С несколько большую, чем плотность

сплава, чтобы обеспечить оседание частиц флюса, находящихся во взвешенном состоянии в сплаве; 6) не оказывать химического воздействия на магнии и другие составляющие магниевого сплава, а также на материал футеровки отражательных печей.

Химический состав и область применения наиболее распро
страненных флюсов для плавки и разливки магниевых сплавов приведены в табл.

2
.

20. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СРЕД

Способ защиты магниевых сплавов с помощью флюсов отли
чается простотой и надежностью, но имеет ряд недостатков: флюс окисляется, комкуется и твердеет, пленка флюса нарушается и теряет свои защитные свойства. При зачерпывании сплава пленка флюса может попасть в отливку, что создает опасность флюсо
вой коррозии, в результате чего стойкость отливок снижается.

Рис. 1. Схема устройства для бес
флюсовой плавки магниевых сплавов с использованием серы;

I—
расплавленная сера;
2—
труба для по
дачи сжатого воздуха; 3—печь;
4
—сталь
ной тигель;
5—
магниевый сплав

Выделяющийся хлор, пары и пыль от флюсов вызывают также коррозию литейного оборудования.

В последнее время появляется повышенный интерес к приме
нению газообразных сред для защиты от окисления и загорания расплава, т. е, к внедрению бесфлюсовой плавки магниевых сплавов.

Для создания защитной атмосферы на практике применяют. углекислый газ, аргон, сернистый ангидрид.

Рис. 2. Схема подачи сернистого ангидрида для защиты поверхности расплава от окисления:

1—
устройство для подачи сернистого ангид
рида;
2—
печь;
3
—стальной тигель;
4—
магниевый сплав

На рис. 1 приведена схема устройства для бесфлюсовой плавки магниевых сплавов с использованием порошкообразной серы, из которой при сгорании образуется сернистый ангидрид, На рис. 2 аналогичное устройство предусматривает возможность бесфлюсовой плавки магниевых сплавов путем защиты зеркала сплава непосредственно струёй сернистого ангидрида.

Наиболее действенным средством защиты является шестифто
ристая сера
SF
6
(элегаз) -тяжелый газ, неядовитый, без цвета и запаха, не горит и не поддерживает горения. Нетоксичность элегаза является существенным, преимуществом по сравнению с сер
нистым ангидридом,

Защитное действие элегаза основано на взаимодействии с расплавом, в результате чего образуется непроницаемая поверхностная пленка фторидов магния, обладающая способностью мгновенно восстанавливаться даже после многократного удаления.

3. ПЛАВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Для плавки магниевых сплавов применяют тигельные печи с выемным или стационарным тиглем вместимостью 200-450 кг

или отражательные печи большой вместимости. При этом после расплавления всей шихты сплав переливают в тигельные раздаточные печи, в которых производится его рафинирование.

В разогретый тигель или печь загружают небольшое количество размолотого флюса и около половины всего количества магния, поверхность которого также засыпается флюсом. После

расплавления первой порции магния постепенно загружают осталь
ное количество магния. Затем, когда расплавится весь магний, в сплав при температуре 680-700 °С вводят предварительно мелко раздробленную лигатуру алюминий-марганец.

Марганец в магниевые сплавы вводят при температуре 850 °С в виде смеси металлического марганца или хлористого марганца О флюсом ВИЗ (см. табл. 2). Затем в тигель постепенно загружают возврат. В течение всего процесса плавки поверхность спла
ва должна быть покрыта слоем флюса ВИЗ.

Цинк присаживается в конце плавки при температуре рас
плава 700-720 °С. При той же температуре в сплав присажи
вается бериллий в виде лигатур магний - бериллий или марга
нец-алюминий-бериллий или в виде фторбериллата натрия
NaBeF
4
.
Лигатуры, содержащие бериллий, вводят в сплав до ра
финирования, а фторбериллат натрия - во время рафинирования.

Церий, являясь компонентом некоторых новых магниевых сплавов, входит в состав мишметалла, имеющего следующий со
став (%): 45-55 церия, до 20 лантана, 15 железа, остальное- редкоземельные элементы первой группы. При расчете шихты учитывают суммарное содержание всех редкоземельных элемен
тов. Мишметалл добавляют в расплав после рафинирования при помощи железного сетчатого стакана, погружаемого на глубину 70-100 мм от зеркала сплава.

Цирконий вводят в сплав в виде фторцирконата натрия

Na
2
ZrFe
при температуре 850-900 °С.

Если в магниевый сплав необходимо ввести значительное ко
личество циркония, как, например, в новый теплопрочный литейный сплав МЛ12, содержащий 4-5%
Zn,
0,6-1,1%
Zr,
остальное- магний, приходится пользоваться так называемой шлак-лигатурой, Для приготовления шлак-лигатуры используют шихту следую
щего состава, %: 50 фторцирконата калия; 25 карналлита; 25 магния. Шлак-лигатуру приготавливают одновременно в двух тиг
лях. В одном тигле расплавляют карналлит и после прекраще
ния бурления при температуре 750-800 °С замешивают фторцирконат калия до получения однородной расплавленной массы. За
тем в эту смесь вливают расплавленный в другом тигле магний, нагретый до 680-750
°
С. Полученная шлак-лигатура содержит 25-50% циркония.

Заключительной стадией плавки любого магниевого сплава является обработка его в жидком состоянии с целью рафиниро
вания, а также модифицирования структуры. Рафинирование магниевого сплава проводят после введения всех легирующих доба
вок и доведения температуры расплава до 700-720 °С. Лишь в случае обработки магниевого сплава фторбериллатом натрия тем
пература нагрева сплава перед рафинированием повышается до 750-760 °С. Обычно рафинирование производят путем перемеши
вания сплава железной ложкой или шумовкой в течение 3-6 мин; при этом поверхность расплава посыпают размолотым флюсом ВИЗ. Перемешивание начинают с верхних слоев сплава, затем ложку постепенно опускают вниз, не доходя до дна при
мерно на 1/2 высоты тигля. Рафинирование считается законченным, когда поверхность сплава приобретает блестящий, зеркаль
ный вид. По окончании рафинирования с поверхности сплава счи
щают флюс, а зеркало сплава вновь покрывают ровным слоем свежей порции размолотого флюса ВИЗ. Затем магниевые сплавы, кроме сплавов МЛ4, МЛ5 и МЛ6, нагревают до 750-780 °С и вы
держивают при этой температуре в течение 10-15 мин.

Магниевые сплавы марок МЛ4, МЛ5 и МЛ6 перед разливкой подвергают модифицированию. После снятия с поверхности сплава загрязнений, образовавшихся при модифицировании, и после за
сыпки поверхности расплава свежей порцией флюса эти сплавы выдерживают, при этом температура понижается до 650-700 °С, затем производят заливку форм.

В ходе плавки тщательно наблюдают за состоянием поверхности жидкого сплава. Если сплав начинает гореть, его необходимо засыпать порошкообразным флюсом при помощи пневматического флюсораспылителя.


4. ДЕГАЗАЦИЯ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В целях повышения коррозионной стойкости и механических свойств магниевых сплавов разработано несколько способов обра
ботки их в жидком состоянии, например способ последовательной обработки ванны жидкого сплава кальцием и гексахлорэтаном. Указанную обработку осуществляют по следующей технологии, Кальций в количестве 0,1% вводят в сплав после его рафиниро
вания при температуре 750 °С. Навеску кальция помещают в коло
кольчик, который погружают в сплав на 2/3 глубины тигля. Через 10 мин после введения кальция сплав обрабатывают гексахлор
этаном при температуре 750-780 °С. Навеску гексахлорэтана в количестве 0,07-0,1% от массы шихты заворачивают в алюми
ниевую фольгу или тонкую бумагу и помещают в колокольчик, который погружают также на 2/3 глубины тигля и затем переме
щают в нем. По окончании реакции с поверхности сплава сни
мают шлак, сплав покрывают слоем флюса в зависимости от того, какой применяют тигель - стационарный или выемный. Сплав в тигле подвергают кратковременному рафинированию в течение 1-1,5 мин (при вместимости тигля около 300 кг). После повтор
ного рафинирования сплав выдерживают в течение 15 мин, после чего он готов к разливке по формам.

Последовательная обработка магниевого сплава кальцием и гексахлорэтпиом повышает плотность отливок и позволяет резко улучшить их механические свойства.

Магниевые сплавы в процессе их плавки и разливки погло
щают самое большое количество водорода по сравнению с любым из ранее рассмотренных сплавов цветных металлов. Например, если в алюминиевых сплавах содержание водорода составляет 1-5 см
3
на 100 г сплава, то в магниевых сплавах количество во
дорода может доходить до 20-30 см
3
на 100 г сплава.

Исходя из представления о методах дегазации алюминиевых сплавов, следует предположить, что магниевые сплавы можно дегазировать теми же способами, что и алюминиевые.

В последнее время проведен ряд работ, которые позволили установить возможность рафинирования магниевых сплавов при помощи продувки их в расплавленном состоянии некоторыми га
зами. Наиболее проверенным способом дегазации магниевых сплавов оказался метод продувки через расплав инертных газов (гелия, аргона), а также химически активных газов: хлора и азота.

Дегазация инертным газом.
Продувку сплава инертным газом проводят при температуре 740-750°С. Скорость продувки уста
навливается такой, чтобы привести к интенсивному перемешива
нию расплава без выплескивания сплава на стенки и борта печи. Время продувки для понижения содержания водорода в магние
вом сплаве (до 8-10 см
3
на 100 г сплава) составляет 30 мин. Бо
лее продолжительная дегазация сплава приводит к некоторому укрупнению зерна в структуре материала отливок.

Дегазация азотом
. Действие азота при дегазации магниевых сплавов аналогично действию инертного газа. Однако при прохо
ждении пузырьков азота через сплав происходит частичное взаи
модействие сплава с газом и образуется нитрид магния, что при
водит к некоторому загрязнению сплава неметаллическими вклю
чениями. Продувку магниевых сплавов азотом осуществляют при температуре 660-685 °С. Во время продувки сплава в этом интер
вале температур не происходит интенсивной химической реакции. При более высоких температурах (свыше 700 °С) идет активное образование нитрида магния. Продувку сплава в тигле вмести
мостью около 1 т производят в течение получаса через железную трубку диаметром 20 мм. При этом трубка должна находиться на расстоянии 150-200 мм от дна тигля. По окончании дегазации сплав переливают в раздаточные тигли, очищают зеркало сплава, после чего сплав подвергают рафинированию и модифицированию. Перед операцией модифицирования возможно проведение допол
нительной дегазации сплава при температуре 740-760 °С продув
кой хлора со скоростью, вызывающей небольшое перемешивание сплава. Продувку ведут в течение 3-5 мин при небольшом из
бытке хлора.

Дегазация хлором или смесью хлора с четыреххлористым уг
леродом
. При прохождении пузырьков хлора через сплав хлор вступает в реакцию с магнием, образуя хлористый магний. Темпе
ратуру сплава при хлорировании поддерживают обычно в преде
лах 740-760 °С. Изменение скорости хлорирования в пределах 2,5-8 л/мин не оказывает заметного действия на размеры зерна

и механические свойства сплава, если количество пропускаемого хлора остается постоянным и не превышает 3% от массы сплава. Более высокий процент хлора приводит к укрупнению зерна в структуре отливок и к некоторому понижению механических свойств.

Иногда дегазация хлором совмещается с операцией модифицирования сплава. В этом случае через сплав продувают 1-1,5% (от массы плавки) хлора вместе с 0,25% четыреххлористого угле
рода. Температура сплава при таком способе 690-710 °С.

Дегазация магниевых сплавов с помощью хлора или смеси хлора с четыреххлористым углеродом имеет недостатки. Из них наиболее серьезным является то, что хлор токсичен (ядовит) и применение его связано с опасностью отравления работающих, так как при использовании хлора с четыреххлористым углеродом образуется некоторое количество фосгена, являющегося сильным отравляющим веществом.

5. МОДИФИЦИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Модифицирование магниевых сплавов применяют с целью измельчения структуры и повышения механических свойств отли
вок. Сплавы марок МЛЗ, МЛ4, МЛ5 и МЛ6 модифицируют путем перегрева расплава, обработки хлорным железом, обработки углеродосодержащими материалами и другими способами.

Модифицирование путем перегрева.
Сплав после рафинирования нагревают до 850 или 900 °С и выдерживают соответственно в течение 15-20 или 10-15 мин. Недостатками этого способа яв
ляются увеличение расхода топлива, повышение износа тиглей и окисляемости сплава, снижение производительности плавильных печей.

Модифицирование углекислым кальцием
(мелом). Мел в виде сухого порошка или мрамор в виде мелкой крошки в количестве 0,5-0,6% от массы шихты заворачивают в пакет из тонкой бу
маги, помещают в колокольчик и вводят в сплав на половину вы
соты тигля. Температура сплава в процессе модифицирования. 760-780 °С. Процесс обработки продолжается 5-8 мин и ведется до прекращения выделения пузырей на поверхности сплава. Сплав выдерживают после модификации 10-40 мин.

Модифицирование магнезитом.
Магнезит, измельченный в по
рошок, в количестве 0,3-0,4% от массы шихты заворачивают в бумажные пакеты и погружают в сплав колокольчиком в один или два приема. Модифицирование .продолжают 8-12 мин до прекращения выделения пузырей на поверхности сплава. Сплав вы
держивают 30-40 мин. Применяющийся в данном случае в каче
стве модификатора магнезит негигроскопичен, но не исключена возможность некоторого загрязнения магниевого сплава неметал
лическими включениями, имеющимися в магнезите. Модифициро
вание магнезитом проводят до рафинирования при температуре магниевого сплава 720- 730 °С,


6. РАЗЛИВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Заливку форм магниевым сплавом ведут в большинстве слу
чаев при температуре 740-780 °С и лишь при крупных тонкостен
ных отливках температуру повышают до 800 °С, а в редких слу
чаях-до 810 °С. Дальнейшее повышение температуры не реко
мендуется из-за сильного окисления сплава.

Раздачу сплава из печи и заливку форм ведут следующим образом. По достижении нужной температуры сплава произво
дят подготовку разливочного ковша путем прогрева его докрасна в тигле с расплавленным флюсом ВИ2 (см. табл. 2). Затем флюс сливают через носок ковша и тщательно счищают со стенок ков
ша. В рабочем тигле с поверхности расплава металлической счи
щалкой или донной частью ковша флюс отводят, и при медлен
ном погружении ковша набирается сплав. Некоторое количество сплава (до 5%) сливается обратно в печь через носок ковша для того, чтобы удалить флюс, находящийся на носке. Наполненный ковш вынимают из ванны жидкого сплава и дают стечь флюсу с его наружных стенок. Чтобы избежать зачерпывания флюса при заборе сплава ковшом, следует вычерпывать не более 2/3 вме
стимости печи или тигля.

При заливке форм носок ковша должен находиться по воз
можности ближе к литниковой чаше или воронке, струя металла должна быть равномерной, а чаша или воронка стояка на протя
жении всего времени заливки должна быть заполненной. Для пре
дохранения от горения во время заливки струя магниевого сплава припыливается серным цветом или смесью серы и борной кис
лоты (1:1) из специального распылителя или мешочка из неплот
ной ткани. По окончании заливки в ковше должно оставаться не менее 10-15% сплава. Весь сплав из ковша нельзя выливать из-за возможного попадания флюса в литейную форму. Остатки сплава сливают в изложницу.




























Список использованной литературы


Белоусов Н.Н.
Плавка и разливка сплавов цветных металлов
. - Л.: Машиностроение,1981.- 80с.

Липницкий А.М., Морозов И.В. Технология цветного литья. - Л.: Машгиз ,1986.- 224с.

Воздвиженский В.М. Литейные сплавы и технология их выплавки в машиностроении. - М.: Машиностроение ,1984.- 432с.



Продаю диплом по проектированию литейных цехов защищен на отлично

С чертежами цеха серийного производства сталелитейного цеха.

Keen1@yandex.ru