Особенности плавки и литья магниевых сплавов

Особенностью плавки магниевых сплавов является защита их от окисления и загорания, к которым они весьма склонны. Образующаяся пленка оксида магния в отличие от оксида алюминия является рыхлой и не защищает расплав от дальнейшего окисления.

Вследствие активного взаимодействия с азотом расплав помимо оксидных включений загрязняется нитридами.

В зависимости от масштабов и специфики производства плавку магниевых сплавов проводят в тигельных печах с выемными и стационарными тиглями, в отражательных, а также индукционных печах промышленной частоты. Последние широко применяют вследствие высокой производительности, небольшого угара металла и обеспечения плавки в специальной газовой среде. Плавку ведут в стационарных литых или выемных сварных стальных тиглях.

К исходным шихтовым материалам предъявляют повышенные требования по чистоте поверхности. Чтобы предупредить окисление и загорание, плавку магниевых сплавов ведут в среде с защитной газовой атмосферой и с применением покровных флюсов. В качестве универсальных покровных флюсов применяют флюсы ВИ2, ВИЗ, ФЛ5, основой которых является карналлит (MgCl₂·KCl) с добавками ВаCl₂, CaF₂, NaCl и др. Введение в магниевые сплавы 0,002% бериллия предохраняет расплав от загорания при температуре до 700°С даже при отсутствии покровного флюса.

В процессе плавки магниевые сплавы активно поглощают водород, загрязняются оксидами и нитридами. Для очистки от неметаллических включений и растворенных газов применяют рафинирующие флюсы и продувают расплав инертными газами (Не,N₂, Ar), а также хлором и их комбинациями при температуре 770— 780 °С.

При плавке магниевых сплавов часто покровный флюс выполняет задачи рафинирующего флюса. В процессе замешивания флюса в расплав происходит смачивание им неметаллических включений. Вследствие большей плотности в сравнении с расплавом флюс постепенно осаждается на дно тигля, очищая расплав от неметаллических включений.

С целью измельчения зерна и повышения механических свойств магниевые сплавы модифицируют. Модифицирование сплавов системы Mg—Al—Zn осуществляют перегревом до температуры 850—900 °С или введением углеродсодержащих модификаторов (мел, магнезит, четыреххлористый углерод и др.) в количестве 0,1—0,6% по массе.

Механизм модифицирования заключается в образовании большого количества центров кристаллизации на основе соединений алюминия с железом (модифицирование перегревом) и карбидов алюминия АЦС3 (введение модификаторов), вызывающих измельчение зерна. Для сплавов, не содержащих алюминий, модифицирование проводят присадками циркония или кальция.

При проведении заливки расплава в форму следует принимать меры, исключающие попадание флюса в отливку и окисление расплава как в процессе заливки, так и при движении его в полости формы. С этой целью струю расплава припудривают порошком серы или смесью серы с борной кислотой. Образующийся SO₂ изолирует расплав от атмосферного кислорода и препятствует его окислению. Для обеспечения плавного, без завихрений поступления расплава в форму применяют расширяющиеся литниковые системы с тонкими зигзагообразными стояками. Для мелких и средних отливок рекомендуется использовать нижнюю литниковую систему, для средних и крупных — вертикально-щелевую или комбинированную. Чтобы уменьшить скорость заполнения формы и исключить попадание в нее шлака, заливку магниевого расплава ведут через кусковые фильтры (из магнезита или титановой губки) и металлические сетки.

Для уменьшения возможности активного окисления и загорания магниевого расплава в форме, в состав формовочных и стержневых смесей вводят защитные присадки — серу, борную кислоту в стержневые смеси, присадки на основе фтористых солей и мочевины — в формовочные смеси.

Для приготовления формовочных и стержневых смесей используют пески кварцевые, тощие и полужирные. Количество оборотной смеси в составе формовочной смеси составляет 85—97%, свежих материалов — 15—3%.

Для литья в кокиль применяют магниевые сплавы МЛ5, МЛ6, МЛ 10, МЛ 12, МЛ 15. Особенностями процесса являются создание защитной атмосферы, препятствующей окислению и возгоранию магниевого расплава, установка прибылей увеличенных размеров в целях компенсации высокой объемной усадки сплавов, повышение температуры заливки для лучшего заполнения кокиля.

Для повышения механических свойств отливок из магниевых сплавов применяют термическую обработку.