17.09.2019
На сегодняшний день услуги профессионального клининга пользуются большим спросом среди разнообразных коммерческих учреждений и...


17.09.2019
На сегодняшний день многие люди относятся к подоконнику как к чему-то само собой разумеющемуся и применяют его, как максимум, в...


17.09.2019
На сегодняшний день автоматизация производственных процедур является важнейшим этапом развития любой компании. Ленточный конвейер...


17.09.2019
Мебель из дерева издревле является наиболее популярной. Известно, что даже трон у египетского Фараона был выполнен из массива...


17.09.2019
В нынешнем темпе жизни городского жителя, очень часто можно наблюдать картину, когда окружающая среда настолько начинает влиять...


16.09.2019
Выбор букмекерской конторы – важный этап, без правильного прохождения которого успешная и длительная игра на ставках будет просто...


Плавка магниевых сплавов с применением защитной атмосферы и особенности технологии производства новых магниевых сплавов

17.07.2019

Установившаяся и обычно применяемая технология плавки магниевых сплавов с применением флюса имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести возможность загрязнения слитка включениями флюса с последующей коррозией, образование пыли и продуктов испарения, разложения флюсов, вызывающее, помимо общего загрязнения атмосферы цеха, интенсивную коррозию оборудования.

Приготовление с применением флюса ВИ2 специальных магниевых сплавов, содержащих редкоземельные элементы, является практически трудноразрешимой задачей вследствие химического взаимодействия легирующих с составляющими флюса, обусловливающего высокие потери дорогостоящих редкоземельных элементов и сложность получения сплава заданного состава. Обычными серийными флюсами невозможно защитить от воспламенения ультралегкие сплавы на основе магния, содержащие литий. С учетом указанных недостатков, сопутствующих применению флюса, плавка с применением защитных атмосфер заслуживает внимания и требует исследования как специальный способ защиты сплава от окисления и воспламенения.

Термодинамика и кинетика взаимодействия магния с газовой средой. Поведение магниевого сплава в среде газа-окислителя как процесс взаимодействия конденсированной фазы с газом подчиняется общим закономерностям гетерогенных химических процессов. Свойства магния как основы сплава и химически высокоактивного элемента имеют определяющее значение в поведении сплава при контакте с газовой средой.

Равновесное парциальное давление кислорода для реакции окисления магния молекулярным кислородом выражается очень малой величиной (при температуре 750° С примерно 10в-60 атм), т. е. в газовой среде, содержащей кислород, практически невозможно обеспечить термодинамическую защиту от окисления даже в глубоком вакууме или в среде аргона, хотя кинетика окисления в этих условиях крайне замедлена ввиду лимитирующего влияния внешней диффузии окислителя.

По температуре кипения 1105° С и относительно высокой упругости паров (12 мм рт. ст. при 750° С) магний относится к легколетучим элементам и при отсутствии диффузионного сопротивления на поверхности, например, в среде аргона интенсивно возгоняется, испаряется уже при температуре выше 600° С. При добавлении к аргону химически неинертного газа испарение подавляется диффузионным сопротивлением образующейся поверхностной пленки.

Авторами произведен термодинамический анализ взаимодействия магния с азотом, углекислым газом, сернистым газом, шестифтористой серой, дихлордифторметаном при температурах 650—850° С. Даже при минимальном содержании газа в смеси с аргоном 0,01 % при общем давлении 1 атм большая с отрицательным знаком величина изменения изобарного потенциала (от -34 500 до -549 300 кал) показывает высокую термодинамическую вероятность процесса окисления.

Для газовой смеси сернистого газа с аргоном произведенными расчетами показано изменение степени равновесного превращения SO2 и соответственно содержания конденсированных составляющих MgS и MgSO4 в поверхностной пленке в зависимости от парциального давления инертного газа.

При определении оптимального состава защитной газовой среды, помимо термодинамических факторов, решающее значение имеют кинетические характеристики. При температуре выше 450° С кинетика окисления магния молекулярным кислородом подчиняется линейному закону. Пленка образуется рыхлая с соотношением Бедворса около 0,79. Одним из условий эффективной защиты является, в отличие от процесса окисления кислородом или воздухом, образование плотной эластичной поверхностной пленки, соблюдение параболического закона окисления.

Особенности технологии приготовления специальных магниевых сплавов. В принципе все способы защиты магниевых сплавов при плавке сводятся к искусственному изменению условий окисления сплава кислородом окружающего воздуха. При бесфлюсовой плавке защитную функцию выполняет специальная атмосфера и поверхностная пленка, образующаяся в процессе химического взаимодействия атмосферы со сплавом.

Переходя к рассмотрению практических результатов, следует отметить, что при увеличении степени изоляции плавильного пространства достигается наибольшая эффективность использования защитной атмосферы с минимальным загрязнением окружающей среды, но усложняется обслуживание установки. И наоборот, отсутствие герметизации плавильного пространства обеспечивает удобство в эксплуатации, но требует повышенных расходов газовой смеси, создает условия повышенного окисления.

В опубликованных работах советских и зарубежных авторов приводятся результаты исследований по применению для защиты магниевых сплавов защитных атмосфер различного состава. В качестве ингибиторов окисления известны SO2, SF6, CCl2F2, CO2, BF3. В последних работах появились сообщения об опробовании защитных атмосфер, содержащих SF6 в промышленных условиях главным образом для защиты расплава при выдержке в миксере. Из работ советских исследователей представляет интерес установка НИАТ УПБМ емкостью 500 кг для бесфлюсовой плавки и разливки литейных магниевых сплавов с герметизацией плавильно-литейного пространства. Проведенное опробование показало возможность плавления и разливки относительно больших масс металла в атмосфере аргона. Аналогичная конструктивно-технологическая схема была положена в основу при создании опытной установки BMЛCa (рис. 1).

После откачки (рорт = 0,1 мм рт. ст.) загруженная печь и литейный узел заполнялись аргоном. При разливке избыточное давление аргона ризб = 0,05—0,1 атм (0,25—0,35 атм при затравке).

На приведенной установке было опробовано приготовление различных марок магниево-литиевых сплавов. Полученные слитки имели удовлетворительное качество поверхности, чистоту по излому.

Следует отметить, что за рубежом для защиты магний-литиевых сплавов применяют специальный флюс из смеси LiCl и LiF в соотношении 3:1 либо защитную атмосферу аргона. Разливка ведется в специальные формы или изложницы.

Проведенные исследования показали (рис. 2), что равномерное распределение лития по высоте ванны в процессе плавления достигается в результате перемешивания индукционными токами только при условии перегрева до температуры не нише 740° С. Резко отрицательное влияние примеси натрия на механические свойства слитков можно объяснить тем, что натрий входит в состав хрупкой фазы, располагающейся по границам зерен (рис. 3).

Недостатками установки, помимо сложности проведения технологических операций, являются недостаточная производительность, ограниченный размер слитка, недостаточная стабильность системы разливки выдавливанием. Указанные недостатки не исключали возможность усовершенствования описанного агрегата, но вместе с тем показывали целесообразность изыскания и опробования других вариантов.

Посредством несложной доработки стандартного плавильно-литейного агрегата ИПМ-300 была изготовлена установка для плавления и отливки слитков магниевых сплавов без герметизации плавильного пространства с применением проточной защитной атмосферы (рис. 4).

Тигель печи закрыт негерметично установленной крышкой с тремя люками, которые при необходимости могут открываться. Разливка металла осуществлялась линейным электромагнитным насосом. Для заполнения плавильного пространства защитной атмосферой подача газовой смеси производилась сразу с момента включения печи (расход газа около 400 л/ч). После проведения предварительных исследований при участии МАТИ были установлены оптимальные составы защитных атмосфер. Для магниево-литиевых сплавов защитная среда содержала 80% аргона, 20% фреона-12. Расход соответственно 320, 80 л/ч. Такая же смесь подавалась в литейную коробку и кристаллизатор с расходом 400 л/ч фреона-12. Для магниевых сплавов, легированных иттрием (ИМВ6 и ВМД10), защитная атмосфера содержала 80% аргона, 20% сернистого газа. Расход соответственно 320, 80 л/ч.

Исследования показали, что эффективность защиты может быть повышена увеличением высоты жидкой ванны металла. При этом ввиду увеличения гидростатического давления при включенной на полную мощность печи поверхность расплава продолжает оставаться неподвижной, не нарушается сплошность защитной пленки. Этот эффект имеет практическое значение, особенно при перегревах до высоких температур (860-900° С).

Приведенные составы защитных атмосфер обеспечивали удовлетворительную защиту от окисления. При проведении технологических операций с открытым люком расплав оставался защищенным от возгорания в течение короткого промежутка времени (2—3 мин).

Помимо указанного оптимального состава защитной атмосферы, были опробованы на серийных магниевых сплавах смеси азота с сернистым газом и воздуха с сернистым газом, которые, по данным визуального наблюдения, обеспечивают аналогичные условия защиты и могут быть рекомендованы для защиты сплавов, не содержащих литий.

Опробование атмосферы, содержащей SF6, показало высокую эффективность защиты при невысоких концентрациях этого газа в смеси с аргоном (5—8%), но требуются дополнительные исследования и устройства, обеспечивающие поддержание заданных минимальных расходов и концентраций этого дорогого газа.

По разработанным режимам литья отливались круглые (диаметр 370 мм) и плоские (165х550 мм) слитки магниево-литиевых сплавов и сплавов, легированных иттрием (ИМВ6, ВМД10). При отливке сплавов ИМВ6 и ВМД10 для уменьшения опасности образования трещин перед началом литья производилась подливка жидкого сплава МА8. Отлитые слитки имели удовлетворительные качество поверхности и чистоту по излому; легирующие элементы были практически равномерно распределены по длине и сечению слитка (рис. 5).

Исследования, проведенные при выстаивании расплава ИМВ6, показали постепенное уменьшение содержания иттрия. Общая величина потерь иттрия невелика (5—10%) по сравнению с потерями РЗМ для серийной технологии (15—20% для неодима).

Недостатки технологии приготовления сплавов на ИПМ-300 связаны с высокой температурой перегрева для сплавов, содержащих иттрий, и необходимостью слива технологического остатка после каждой плавки. Перегрев отрицательно сказывается на стойкости тигля, а операция слива технологического остатка в коробку поворотом печи сопровождается повышенным окислением большой поверхности движущегося металла, загрязнением атмосферы цеха. С целью уменьшения перегрева было опробовано выстаивание расплава при включенной на неполную мощность электрической печи; температура перегрева понижается при этом примерно на 50° С.

Для исключения операции слива технологического остатка была опробована разливка по специальной схеме. При этом слиток, за исключением литниковой части, отливался с обычным установленным уровнем забора расплава, и только за 6—8 мин до окончания разливки, не прерывая литья, опускали канал электромагнитного насоса до упора в дно тигля (на конце канала укреплен штырь длиной 3—4 см). Таким образом производилась непрерывная разливка практически всего объема сплава, причем из загрязненного донного остатка формировалась литниковая часть слитка.

Предварительные результаты опробования технологического процесса с применением указанных новых элементов положительны.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна