Розробка технології плавки і розливки магнієвих сплавів на основі дослідження фізико-хімічних характеристик компонентів сплавів

Міністерство  освіти і науки, молоді та спорту України

               Кіровоградський національний технічний  університет

Механіко-технологічний  факультет

Кафедра: Матеріалознавство та ливарне виробництво 
 
 
 
 

ЗВІТ

з науково-дослідної  роботи

                                                        на тему:

«Розробка технології плавки і розливки магнієвих сплавів на основі дослідження фізико-хімічних характеристик компонентів сплавів» 
 
 
 
 
 

Виконала: студентка гр. ІМ-09-3

                                                                                     Ніколаєва В.В.

                                                          Перевірив: викладач

                                                                                       Конончук С.В. 
 
 
 
 

Кіровоград - 2011

АНОТАЦІЯ 

     Звіт  про науково-дослідницьку роботу : 22 с., 2 рис., 2 табл., 6 джерел.

     Об’єкт  дослідження – плавлення магнієвих сплавів.

     Мета  роботи – визначити фізико-механічні властивості магнію, його ливарні властивості та обумовлені цим особливості технології лиття.

     Метод дослідження –аналіз технології плавки і розливки магнієвих сплавів з різними компонентами сплавів.

     Прогнозні припущення щодо розвитку об’єкта  дослідження - останнім часом з'являється підвищений інтерес до застосування газоподібних середовищ для захисту від окиснення й загоряння розплаву, тобто, до впровадження бесфлюсової плавки магнієвих сплавів. 

     ФЛЮС, СІРЧИСТИЙ АНГІДРИД, ТИГЕЛЬ, МОДИФІКАТОР, ЧУШКА, КОРОЗІЯ, ЛІГАТУРА, ЛИВНИКОВА ЧАША, ШЛАК, ДЕГАЗАЦІЯ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                         ЗМІСТ                                                          Стор.                                                                                                         

    ВСТУП……………………………………………………………………........4

1. Шихтові матеріали……………………………………………………...........5
2. Флюси для плавки магнієвих сплавів…………………………………........7
3. Застосування захисних середовищ………………………………………..10
4. Плавка магнієвих сплавів…………………………………………………..13
5. Дегазація магнієвих сплавів………………………………………………..16
6. Модифікування магнієвих сплавів………………………………………..19
7. Розливання магнієвих сплавів……………………………………………..20

ВИСНОВОК…………………………………………………………………21

     ЛІТЕРАТУРА……………………………………………………………….22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВСТУП 

     В процесі плавлення магнієвих  сплавів велику роль грають флюси. Cлід  звернути увагу на фізико-механічні  властивості магнію, його ливарні  властивості та обумовлені цим особливості  технології лиття. Треба добре уявити собі механізм офлюсовування оксидів та інших неметалевих включень та виведення їх з розплаву, уміти пояснити необхідність зміни складу флюсів на різних етапах плавлення магнієвих сплавів. Рафінування розплавів є обов’язковою умовою одержання здорового металу у виливках. Тому треба мати чітку уяву про механізм виведення газів та неметалевих включень з розплаву під час їх рафінування хлором, хлористими солями та хлористовмістовними органічними сполуками.

     Необхідно мати на увазі, що процеси рафінування  магнієвих та алюмінієвих сплавів  істотно відрізняються один від  одного. Слід старанно розібратися  чим, крім складу модифікаторів відрізняються  одне від одного процеси модифікування  алюмінієвих та магнієвих сплавів.

     Магнієві  сплави ставлять вимоги до складу та властивостей формувальних та стрижньових сумішей. При литті магнієвих сплавів вільне надходження металу до порожнини ливарної форми має велике значення, тому що завихрення у потоці металу сприяє захопленню оксидів та газів, що залишаються у виливках.

     Відомо, що ливарні магнієві сплави піддають термічній обробці для підвищення механічних властивостей та зменшення  залишкових напружень. Слід звернути увагу  на те, що перед завантаженням у  піч виливки потрібно очистити від  магнієвого пилу, стружки та ретельно підсушити щоб уникнути займання, а для зменшення окислення  нагрів треба проводити у нейтральній  атмосфері вуглекислого газу, аргону і т. ін. або у повітряній атмосфері  з додаванням сірчистого газу. Особливу увагу слід приділити питанням техніки безпеки при плавленні магнієвих сплавів та заливанні їх у ливарні форми.

1. Шихтові матеріали

 

     Серед ливарників, зайнятих виготовленням  виливків з магнієвих сплавів, установилася наступна термінологія, що ставиться  до характеристики вихідних шихтових матеріалів і до сплаву, приготовленого для заливання форм.

     Первинним сплавом називаються чушки готового сплаву, що випускаються металургійної промисловістю.

     Попереднім  сплавом називаються чушки готового сплаву власного виробництва, виплавлювані з первинних металів з добавкою переплаву літників, сплесків і інших відходів.

     Робочим сплавом називається рідкий розплав, приготовлений для заливання  форм.

     Магнієві  сплави в значній мірі піддані  корозії. Особливо посилено розвивається корозія на поверхні деталей з  магнієвих сплавів, якщо у виливки  попадають хлориди магнію [1]:

      

              (1.1) 

     Тому  шихтові матеріали, уражені корозією, покриті окислами й маслом, повинні  ретельно очищатися дробом. Можна  застосовувати хімічні способи  очищення, але вони більш складні, тому що пов'язані із травленням, промиванням  і сушінням.

     Дрібні  відходи й стружка магнієвих  сплавів, що виходять після механічної обробки, на деяких підприємствах піддають переплавленню, рафінуванню й розливанню в чушки, які потім використовують для готування попередніх і робочих  сплавів.

     У ливарних цехах, де застосовується експрес-аналіз хімічного складу магнієвих сплавів  по ходу плавки, у складі шихти допускається застосовувати до 60-80% відходів виробництва.

     Розрахунки  шихти при готуванні найпоширеніших ливарних магнієвих сплавів слід проводити з урахуванням рекомендацій, що приводяться  в (табл. 1.1). 

     Таблиця 1.1 - Розрахунковий склад шихти для попередніх і робочих сплавів на магнієвій основі, призначених для фасонного лиття. 

 

     Для готування ливарних магнієвих сплавів  застосовуються лігатури наступного складу, %:

• алюміній-марганець, 8-12 марганцю, решта-алюміній;
• алюміній-магній-марганець, 20 магнію, 10 марганцю, решта-алюміній;
• алюміній-бериллий, 2-3 бериллия, решта-алюміній;
• алюміній-магній - бериллий, 35 магнію, 3 бериллия, решта - алюміній;
• магній-марганець, 2-4 марганцю, інші-магній.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Флюси для  плавки магнієвих сплавів

 

     Магній  і його сплави в розплавленому  стані енергійно реагують із киснем і тому загоряються на повітрі. У  зв'язку із цим, при плавці необхідне  застосування спеціальних заходів  захисту розплавленого металу від  контакту його з повітрям.

     У промисловості знайшов застосування метод плавки під шаром флюсів. Відмінність у способах ведення  плавки й розливання сплаву по формах, природно, вимагає й застосування флюсів різного складу. Основне призначення  флюсів полягає в утворі на поверхні рідкої ванни захисного покриву, що ізолює сплав від контакту з  повітрям, і у видаленні зі сплаву окислів і нітридів, що вийшли під час плавки [5].

     Приведемо класифікацію флюсів, застосовуваних при плавці й розливанню магнієвих сплавів:

     Єдині (універсальні) флюсивикористовують  на всіх стадіях технологічного процесу  плавки магнієвих сплавів.

     Флюси, що рафінують, застосовують під час рафінування магнієвих сплавів у комбінації з покривними флюсами.

     Покривні  флюси використовують тільки після  рафінування сплаву під час вистоювання  сплаву в тиглі й розливання його у форми в комбінації із флюсами, що рафінують.

     Інші  флюси для плавки магнієвих сплавів, до складу яких входять елементи, активно  взаємодіючі з універсальними флюсами (наприклад, флюси для сплавів  магнію літієм), використовують їх також  при переплавленні стружки.

     Допоміжні флюси й солі, наприклад, карналіт, застосовують для промивання ковшів і іншого плавильного інструмента.

     Хімічний  склад і область застосування найпоширеніших флюсів для плавки й  розливання магнієвих сплавів наведені в табл. 2.2.

     Таблиця 2.2 - Флюси, що використовуються при плавці та розливанні магнієвих сплавів. 

 

     Флюси повинні мати наступні загальні властивості:

• мати температуру плавлення нижче температури плавлення сплаву або чистого магнію;
• мати досить високі рідко-текучість і поверхневий натяг для того, щоб поверхня сплаву покривалася суцільним шаром;
• змочувати стінки тигля або подину печі;
• гарною здатністю, що рафінує, тобто здатністю легко видаляти з розплаву неметалеві включення;
• мати щільність у розплавленому стані при температурах 700-800°С трохи більшу, ніж щільність сплаву, щоб забезпечити осідання часток флюсу, що перебувають у зваженому стані в сплаві;
• не виявляти хімічного впливу на магнії й інші складові магнієвого сплаву, а також на матеріал футеровки відбивних печей, плинність і поверхневий натяг для того, щоб поверхня сплаву покривалася суцільним шаром.