29.03.2018

Современное состояние производства магниевых сплавов


США

В Соединенных Штатах Америки производство магниевых сплавов почти целиком сосредоточено у двух фирм: Dow Chemical Co и Aluminium Co of America.

Хотя магниевые сплавы менее склонны к поглощению водорода, чем алюминиевые, все же водород оказывает вредное действие на их механические свойства, вызывая микропористость в толстых сечениях. По этой причине особый интерес представляет обработка жидких магниевых сплавов хлором. В американских литейных цехах дегазаций и модифицирование являются отдельными технологическими операциями. Хлорирование, по-видимому, применяется повсеместно. Следует отметить, что тот избыток хлора, который не прореагировал с водородом, соединяется с магнием, образуя хлорид магния, собирающийся на поверхности расплава в виде флюса. Таким образом, вредность хлора в данном случае значительно меньше, чем на алюминиевых сплавах. Хлор подается по графитовой трубке с внутренним диаметром 19 мм и толщиной стенки 9,5 мм; трубка погружается в расплав на 200 мм. В зависимости от загрязненности сплава обработка длится 5—15 мин. Сразу после хлорирования на поверхность рааплава наводится толстый слой флюса. Расход хлора составляет 15 кг на 1 т металла.

Фирма Dow Chemical Co для сплавов Mg-Mn и Mg-Al-Zn применяет флюсы: 1) 30% MgCl2, 54% KCl, 8—9% KBF4 и 2) 50% MgCl2, 20% KCl, 30% MgO. Измельчение структуры (модифицирование) осуществляется перегревом до 900° в течение 10 мин. Применяются и другие способы модифицирования.

Плавка производится в больших тигельных нефтяных или газовых печах, емкость тигля 2 т. Тигель стальной литой с толщиной боковых стенок 60—65 мм и дна 110—120 мм. Расплав перемешивается сжатым воздухом, подаваемым по стальной трубе. В расплав погружена термопара, которая служит для измерения, а также датчиком для регулирования температуры. Металл из плавильной печи в доводочные передается с помощью насоса. Плавильный тигель еженедельно чистят и после 600 час. работы осматривают. Срок службы тигля без разрушения 800—1000 час.
На рис. 1671 изображен центробежный насос для перекачки магния из плавильной в доводочные печи и в кристаллизаторы. Здесь 1 — пневматический мотор, 2—вал мотора, 3 — муфта, 4 — подшипник, 5 — вал насоса, 6 — штанги, 7 — корпус насоса, 8 — рабочее колесо, 9 — трубка для выдачи расплава. Насос целиком погружается в расплав. Пневматический мотор обеспечивает широкие пределы регулирования производительности насоса. Труба 9 подогревается перед началом работы и в ходе перелива. Для этой цели по самой трубе пропускается электрический ток. Стальные или чугунные трубопроводы во время течения металла испытывают большие нагрузки и их необходимо укреплять.

Обычно плавильный агрегат состоит из трех печей: двух плавильных и одной доводочной, которая изображена на рис. 1672. 1 — стальной тигель, 2 — трубопровод для подачи сжатого воздуха, 3 — мешалка, 4 — термопара, 5 — насос, 6 — обогреваемая труба для перелива металла.

Непрерывное литье производится по схеме, приведенной на рис. 1673. Конец трубы 1, подводящей металл, погружен в жидкий металл в кристаллизаторе; металл проходит через распределительную чашу 2. Обогрев подводящей трубы осуществляется током силой 2400 а при напряжении 14 в. Для уменьшения скоростного напора труба имеет много поворотов. Кристаллизатор состоит из медной рубашки толщиной 6 мм. Кристаллизатор для слитков диаметром 50, 150, 200 мм имеет высоту 355 мм, для слитков диаметром 300—400 мм — 500 мм. Через оба верхних кольцевых спрейера 3 и 4 подается 60 л воды в минуту, через нижний спрейер 5—40 л. Кристаллизатор смазывается животным жиром. Над зеркалом металла укреплен электрод б; между металлом и электродом возникает дуга. При понижении уровня металла увеличивается длина дуги; это вызывает включение мотора центробежного насоса, подающего металл. Таким образом автоматизирована подача металла.
Над жидким металлам в кристаллизаторе создается защитная атмосфера сернистого газа. Начало литья производится на затравке 7 с анкером или же на прежде отлитом слитке. Скорость литья для слитков диаметром 400 мм 62—75 мм/мин, для слитков диаметром около 150 мм 100—140 мм/мин. Наибольшая скорость литья 250 мм/мин.

Металл, попадающий в кристаллизатор, имеет температуру на 30° ниже, чем в доводочной печи, где поддерживается 695—750°. Слиток вытягивается вниз с помощью роликов и на ходу режется пилой 8 на мерные заготовки длиной 900 и 1200 мм. На рис. 1674 можно видеть момент отрезки заготовки. Под машиной имеется дополнительный приямок дли пролившегося металла.

На описанной установке отливают плоские слитки сечением от 165x316 до 280x1170 мм. Узкие грани слитка представляют собой дуги описанной окружности (рис. 1675). Перед прессованием или прокатной на слитках удаляются наплывы, поверхностные изъяны и литейная корка. Круглые слитки обдираются на глубину 6—12 мм.
Плоские заготовки фрезеруются по широким сторонам на 12 мм, по узким — на 9 мм. После этого они проходят ультразвуковой контроль.

На заводе в г. Мадисон (Иллинойс) фирмой Dow Chemikal Co в самое последнее время установлены 10 тигельных печей для магниевых сплавов: две группы по 4 плавильных и 1 раздаточной печи в каждой. Футеровка плавильной печи шамотная, печь работает на газе. Тигель стальной емкостью 2,3 т магния. В плавильных печах готовится сплав из свежего магния и возвратов. После отбора пробы на анализ присаживаются необходимые добавки, затем металл перекачивается насосом в доводочную печь, где заканчивается растворение присадок. После этого металл передается в разливочную печь, из которой отливаются слитки. Слитки разрезают на расстоянии 10 м от кристаллизатора. Пила сблокирована с фотоэлементом. В настоящее время на установке получают плоские заготовки длиной 1930 мм и сечением 280х1040 мм.

Европа

В Германии слитки из магниевых сплавов отливают в неподвижные низкие кристаллизаторы практически так же, как и алюминиевые сплавы.

Фирма Otto Fuchs KG в Мейнерцхагене плавит магниевые сплавы в индукционных печах в железных тиглях. Благодаря присадке тысячных долей бериллия тщательная защита расплава на желобе и в кристаллизаторе необязательна, достаточно применение небольших количеств серы и двуокиси серы. Опасность возгорания ничтожна.

В Великобритании непрерывный способ литья слитков из магниевых сплавов в течение нескольких лет совершенно вытеснил старый способ литья в изложницы. Потребление магниевых сплавов для обработки давлением было невелико. В то же время существовало большое количество сплавов и размеров слитков. Это предопределило преимущественный выбор полунепрерывного способа. Несмотря на возрастающий спрос на полуфабрикаты из магниевых сплавов, установка машины полностью непрерывного литья нерациональна. Поэтому продолжается создание более мощных машин полунепрерывного литья с медными или алюминиевыми кристаллизаторами. На некоторых машинах вода подается на кристаллизатор спрейером и затем стекает по слитку, на других машинах применяются кристаллизаторы закрытого типа. Высота кристаллизаторов в зависимости от сплава и размера слитка составляет от 150 до 300 мм. Привод машин гидравлический.

Очень важно, чтобы механизм привода передавал тяговое усилие на слиток. Если это усилие не создается, то может оказаться, что веса поддона и имеющегося слитка недостаточно для преодоления зависания слитка в кристаллизаторе. В результате образуются неслитины и трещины. В качестве смазки используются высоковоспламеняющиеся масла или стеарат алюминия.
На рис. 1676 изображена схема полунепрерывного литья магниевых сплавов, применяемая в Англии. Желоб 1, обогреваемый газом, имеет крышку 2, закрывающую большую часть поверхности металла. По трубе 3 и кольцу 4 подается сернистый газ. 5 — распределительная коробка с боковыми отверстиями, которые должны находиться под уровнем металла. Патрубок, по которому течет металл из желоба 1 в кристаллизатор, также всегда погружен в расплав. Для слитков диаметром менее 150 мм распределительная коробка не применяется. На столе машины имеется карман с водой 6 на случай прорыва жидкого металла.

В большинстве случаев металл плавят в печи в выемных тиглях, которые затем ставят на наклоняющее устройство и заливают металл в кристаллизатор. Поскольку очень трудно сохранять без повреждений окисную пленку на металле, то очень важно, чтобы разливочное устройство находилось как можно ближе к кристаллизатору. Металл заливают очень осторожно, и на открытую поверхность подают сернистый газ или же посыпают ее порошком серы, Очень большое внимание обращается на то, чтобы металлом не были захвачены частицы окислов; для этого каждый литейщик применяет ловушки, фильтры и т. д.

В последнее время металл начали перекачивать в кристаллизатор непосредственно из плавильной печи. Преимущество этого приема заключается в меньшем окислении сплава. Применяемое оборудование в этом случае подобно описанному американскому.

От слитков отрезают головную и донную части (по 60—150 мм). Затем слитки обтачивают или фрезеруют на глубину 4,5 мм. Качество слитка контролируется по поперечным темплетам, на которых после травления измеряют твердость. Иногда производят рентгеновское просвечивание. Для выявления окисных включений, ликвации, трещин заготовки травятся. В настоящее время во все большей степени вводится ультразвуковой контроль, с помощью которого можно проверять не только темплеты, а целые слитки.

Слитки отливаются из следующих сплавов, состав которых приведен в табл. 7.
Три сплава с цирконием были первыми магниевыми сплавами, на которых было освоено непрерывное литье, так как введение непрерывного литья совпало с разработкой этих сплавов. Качество сплавов, содержащих алюминий, резко улучшилось после перехода на непрерывное литье. На двойном сплаве с марганцем преимущества непрерывного литья особенно резко сказались на слитках малых диаметров, где при литье в изложницы очень трудно было бороться с усадочной рыхлотой. Этот сплав имеет крупнозернистую структуру, которая не измельчается и при непрерывном литье, однако усадочная рыхлота исчезает.





Яндекс.Метрика