Отливки из магниевых сплавов

Категория:
Литейное производство


Отливки из магниевых сплавов

Отливки из магниевых сплавов широко применяют, главным образом, в авиастроении и в других областях транспортного машиностроения, где они позволяют снизить собственную массу транспортных устройств. Магниевые сплавы в 4-4,5 раза легче стали, их плотность колеблется от 1,7 до 1,9 кг/см3. Область применения сплавов непрерывно расширяется, что обусловлено их относительно высокими механическими и эксплуатационными качествами, а также снижением стоимости. Последнее обстоятельство определяется постепенным снижением стоимости электроэнергии, являющейся основной статьей расхода при производстве металлического магния.

По химическому составу литейные магниевые сплавы делят на следующие группы сплавов:
1 — системы магний-марганец (Мл2); 2 — магний-алюминий-цинк (МлЗ, Мл4, Мл5, Млб, Мл7-1); 3 — магний-цинк- цирконий (Мл12, ВМлЗ); 4 — легированные редкоземельными металлами (Мл9, МлЮ, Мл11) и 5 — содержащие торий (Мл14, ВМл1).

Двойной сплав магний с марганцем (Мл2) сравнительно редко используют для изготовления отливок из-за низких механических свойств. Имея узкий интервал кристаллизации и хорошую жидкотекучесть, этот сплав обладает тем не менее повышенной склонностью к образованию трещин. Легирование марганцем способствует улучшению коррозионной стойкости сплава в плавиковой кислоте, растворах соды и в щелочи.

Для изготовления отливок чаще других используют сплавы второй группы. Лучшими литейными свойствами из них обладают Мл5 и Млб. Эти сплавы предназначены для производства высоко-нагруженных отливок, работающих в тяжелых атмосферных условиях с высокой влажностью.

Сплав МлЗ используют при изготовлении отливок простой конфигурации с повышенной герметичностью для работы при средних статических и динамических нагрузках. В отличие от Мл5 и Млб, сплав МлЗ, обладающий небольшим интервалом кристаллизации и малой склонностью к образованию микропористости, имеет повышенную склонность к образованию трещин при затрудненной усадке и низкую жидкотекучесть.

Самый широкий интервал кристаллизации из сплавов второй группы имеет Мл4. По этой причине отливки из сплава Мл4 предрасположены к микропористости и горячеломкости. Сплав Мл4 обладает высокой коррозионной стойкостью.

Отливки из сплава Мл7-1 применяют для работы в условиях средних нагрузок при температуре до 200 °С. Все сплавы второй группы упрочняются термической обработкой.

Сплавы с редкоземельными элементами (Мл9, Мл 10, Мл 11) используют как жаропрочные. Применительно к магниевым сплавам понятие жаропрочности имеет, разумеется, — относительное значение. Эти сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами. Сплавы Мл9 и МлЮ предназначены для изготовления отливок, работающих в условиях больших нагрузок при темпера-руре 250-300° С; сплав Мл11 — для отливок повышенной герметичности, работающих при 250 °С.

Сплавы на основе магний-цинк-цирконий отличаются от Других групп сплавов повышенными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием. Легирование этих сплавов лантаном (ВМлЗ) улучшает литейные и технологические свойства. Сплавы используют для работы при 200-250 °С.

Более высокой жаропрочностью отличаются сплавы магния с торием. Легирование двойных сплавов цирконием повышает их механические свойства, способствует измельчению зерна и улучшению литейных свойств. Отливки из таких сплавов могут работать при 350-400 °С. Сплавы этой группы обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью и высоким сопротивлением ползучести.

Особенности плавки и литья. Плавка магниевых сплавов сопряжена с рядом трудностей. Сплавы легко окисляются. Этот процесс легко переходит в интенсивное горение, сопровождаемое ярким пламенем. В отличие от алюминиевых сплавов на поверхности расплава образуется неплотная (рыхлая) пленка окиси, не предохраняющая расплав от окисления. При температурах плавки магний и его сплавы взаимодействуют с азотом, образуя нитриды, и интенсивно поглощают водород. Окислы и нитриды не растворяются в металле; находясь во взвешенном состоянии, они являются причиной снижения механических свойств отливок. Легирование магния церием, лантаном, неодимом, литием усиливает окисление.

Для предохранения магниевых сплавов от загорания при плавке применяют различные флюсы. В качестве покровного флюса для большинства сплавов используют флюс ВИ2, основой которого является карналлит (40-48% MgCl2, 30-40% КС1, 5% ВаС12, 3-5% CaF2). Часто используют также флюс ВИЗ.

Для сплавов с литием в качестве флюса применяют смесь фтористого (20%) и хлористого (80%) лития. Хлористый магний взаимодействует с церием, кальцием и другими элементами с образованием хлоридов, поэтому, кроме потерь на испарение, при расчете шихты следует учитывать и потери на образование хлоридов (до 20%).

Магниевые сплавы плавят в тигельных, отражательных и индукционных печах промышленной частоты, футерованных магнезитом. Широко используют железные тигли.

В зависимости от масштаба производства и массы отливок применяют три способа плавки магниевых сплавов: в стационарных тиглях, выемных тиглях и дуплекс-процесс (отражательная печь — тигель или индукционная печь — тигель). Технология приготовления сплава всеми способами почти одинакова, но имеются некоторые различия в оборудовании, технологии заливки и составе применяемых флюсов.

Плавку в стационарных тиглях используют в массовом или крупносерийном производствах мелких отливок. Сплавы в этом случае расплавляют под слоем флюса в толстостенных литых стальных тиглях. После рафинирования и модифицирования сплав разливают по формам. Остаток металла (20-30% от объема расплава в тигле), загрязненный окислами и флюсом, сливается после каждой плавки и подвергается переплавке и рафинированию.

При изготовлении крупных отливок плавку ведут в выемных тиглях и дуплекс-процессом. Для плавки используют сварные стальные тигли чайникового типа. В них осуществляют плавку, рафинирование и модифицирование так же, как в стационарных тиглях. Отличие только в применении другого флюса ВИЗ для рафинирования. Этот флюс легче, чем ВИ2, поэтому всплывает на поверхность расплава и удерживается в тигле при заливке форм перегородкой. После проведения рафинирования и модифицирования тигель извлекают из печи и подают к месту заливки.

При дуплекс-процессе плавку ведут в отражательных или индукционных печах емкостью 0,5-3 т под слоем флюса. Затем расплав разливают в выемные тигли, где осуществляют рафинирование и модифицирование.

Порядок ведения плавки для большинства магниевых сплавов состоит в неведении покровного флюса (около 10% от массы шихты), загрузки и расплавления магния или подготовительного сплава и последующей загрузки легирующих компонентов (Мп, Zr, Zn и редкоземельных элементов).

Марганец вводят в виде хлористого марганца при 850 °С. Количество хлористого марганца (с учетом потерь) больше расчетного в 3 раза.

Для введения циркония используют фторцирконат калия, шлак-лигатуру или лигатуру магний-цирконий, причем расплав нагревают до 800-950 °С.

Редкоземельные металлы (La, Nd, Се) вводят или в виде чистых металлов, или в виде мишметалла. Для уменьшения потерь редкоземельных металлов применяют флюсы, не содержащие хлористого магния.

Торий вводят в сплавы в чистом виде или лигатурой магний-торий. Вследствие радиоактивности тория при плавке и обработке отливок из сплавов магний-торий применяют необходимые меры защиты обслуживающего персонала.

Для очистки от неметаллических включений расплавы обрабатывают флюсом или продувают газами (Се, N, Аг) при 720.

В некоторых случаях производят очистку магниевых расплавов от примесей железа. С этой целью в перегретые расплавы вводят присадки марганца, церия или циркония. Для связывания растворенного водорода в устойчивые гидриды в магниевые сплавы перед разливкой добавляют до 0,1% Са.

Перед рафинированием в сплав вводят 0,001-0,002% Be. Образуя плотную окисную пленку, бериллий предохраняет расплавы от загорания. Аналогичная пленка образуется и при введении кальция.

В целях измельчения зерна и повышения механических свойств магниевые сплавы, содержащие алюминий, подвергают модифи-

рованию перегревом, добавками углеродсодержащих веществ или хлорного железа.

ном измельчения зерна перегревом расплав нагревают в сталь-тигле до 850-900 °С, выдерживают при этой температуре

15-20 мин и затем быстро охлаждают до температуры заливки. Модифицирующее действие высокой температуры обусловлено специфическими особенностями магниевых сплавов. Нерастворимые при обычном перегреве примеси железа и его соединений при температурах, превышающих 850 °С, начинают растворяться. В процессе последующего быстрого охлаждения эти примеси вносе выделяются главным образом в виде очень дисперсных частиц FeAl2, могущих быть подложкой при первичной кристаллизации.

Таким образом, значительный перегрев, приводящий у многих сплавов к увеличению размеров первичных зерен, в рассматриваемом случае, наоборот, является средством измельчения структуры.

Более стабильно модифицирование идет при использовании углеродсодержащих веществ (мел, гексахлорэтан, четыреххлористый титан и др.), которые вводят в расплав в количестве 0,1- 0,6% (0,5-0,6% мрамора и мела; 0,1-0,5% гексахлорэтана). При 720-780° С они разлагаются с выделением углекислого газа С02; магний способен восстановить углерод из многих его соединений, в том числе из углекислого газа, образующегося при разложении карбонатов. В последующем, взаимодействуя с алюминием, углерод образует карбид А14С3. Тонкодисперсные выделения карбида алюминия, являющиеся подложками при кристаллизации сплава, измельчают его структуру.

Механизм модифицирующего действия хлорного железа, так же как и в случае модифицирования перегревом, заключается в образовании центров кристаллизации из выделений химического соединения FeAl3.

Для сплавов, не содержащих алюминия, измельчение зерна достигается присадками циркония (0,5-0,7% по массе) или кальция (0,05-0,15% по массе).

При изготовлении отливок принимают меры, предотвращающие попадание флюса в отливку и исключающие окисление при перемещении металла в полости формы. Как правило, используют расширяющиеся литниковые системы с тонкими ленточными стояками, щелевые и многоярусные литниковые системы с массивными прибылями (30-50% от массы отливки).

Для исключения попадания шлака в полость формы заливку осуществляют через литниковые чаши, вмещающие от 30 до 100% металла, расходуемого на заполнение формы, или кусковые фильтры (из магнезита). Для усиления отшлаковывающего действия литниковых каналов устанавливают металлические сетки.

Взаимодействие расплава с материалом формы и стержней, а также с кислородом, содержащимся в порах формы, можно npej дупредить введением в состав формовочных смесей серы, борной кислоты, сложных присадок на основе фтористых солей, мочевины и т. д.

Заливку форм осуществляют с обязательным припудриванием -тру и металла порошкообразной серой, что предохраняет расплав от загорания.

Отличительной особенностью технологии является химическая обработка отливок перед отжигом и перед сдачей на склад с целью получения плотного защитного слоя окислов на поверхности отли-

В(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 холодной воде, оксидируют в растворе двухромовокислого калия с азотной кислотой и нашатырем для получения оксидной пленки, промывают в холодной и горячей воде и высушивают. После этого отливки подвергают термической обработке (отжигу, закалке, старению). Нагрев при этом осуществляют в атмосфере сернистого газа с принудительной циркуляцией.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум