Защитная газовая смесь для обработки магниевых сплавов
PROTECTIVE GAS MIXTURE FOR TREATING OF MAGNESIUM ALLOY

Изобретение относится к области металлургии сплавов и может быть использовано при производстве магниевых сплавов, не содержащих цирконий.
Магниевые сплавы ввиду их активного взаимодействия с кислородом воздуха и высокой реакционной способности в процессе плавки выплавляются с применением защиты от окисления. Самым распространенным способом защиты от окисления является ведение плавки с применением покровных и рафинирующих флюсов на основе хлористых и фтористых солей (Альтман М.Б., Лебедев А.А. и др. «Плавка и литье легких сплавов». М., «Металлургия», 1969 г., стр. 332-335). В процессе приготовления сплава флюсы не всегда тщательно удаляются из расплава, попадая в отливки и выводя дорогостоящие изделия в брак по коррозионным и прочностным характеристикам. Поэтому перед разработчиками технологий производства магниевых сплавов всегда остро стоит вопрос защиты магниевых сплавов от окисления.
2
6
2
6
Известна защитная смесь, образующаяся над расплавленным магнием за счет возгонки материала, содержащего твердые СO (97,0-99,8) % и SF (0,2-3,0) %. Использование твердых компонентов СO и SF в виде прессованных таблеток, размещенных в пространстве над расплавом в корзине из проволоки, прикрепленной к крышке тигля или в графитовой лодочке, плавающей на поверхности расплава, позволило создать защитную атмосферу (патент US4089678; МПК C22B 9/00, C22B 26/00; опубл. 16 мая 1978 г.). Недостатками использования указанной смеси является усложнение процесса обработки магниевых сплавов за счет операции модифицирования, дегазации и фильтрации.
Известна защитная газовая смесь воздух-гексафторид серы с содержанием гексафторида серы до 2%, которая применяется на условиях комплексной защиты с использованием редкоземельных металлов эрбия, диспрозия и др. до 0,4% (Бобрышев Б.Л. «О некоторых аспектах плавки сплавов системы Mg-Zn-Zr, М-1». Технология машиностроения, №11, стр. 17, 2006 г.).
Известна смесь: углекислый газ 30,0-70,0%, шестифтористая сера 0,15-0,3%, воздух - остальное (Couling Sidney «Fonderie», 1979 г., №394, стр. 364-374 У, УП, Франция). Смесь применяется только для защиты жидкого магния от окисления и загорания. Использование ее в процессе приготовления магниевых сплавов не исключает специальных трудоемких операций модифицирования и дегазации расплава, что является существенным недостатком смеси-прототипа. Без этих операций не могут быть обеспечены свойства, соответствующие принятым стандартам (коррозионные, прочностные).
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является газовая смесь, имеющая следующий состав, мас. %: углекислый газ 75-90, шестифтористая сера 0,5-1,0, воздух 9-24,5. (а.с. №1106166, МПК C22C 1/06, опубл. 10.10.2015 г.). Недостатком указанной смеси является недостаточно качественная защита при температурах выше 750-770°C.
Целью и техническим результатом изобретения является повышение качества магниевых сплавов, чистоты, прочностных и коррозионных характеристик, упрощение технологического процесса плавки, его сокращения за счет совмещения операций защиты, модифицирования и дегазации, улучшение экологической среды посредством снижения (или устранение) окисляемости расплава за счет образования плотной защитной пленки и устранения флюсовой коррозии, а также повышение чистоты сплава и механических свойств за счет уменьшения количества неметаллических шлаковых включений и сокращения времени плавки на 20-25%.
Указанная цель достигается тем, что предложена защитная газовая смесь для обработки магниевого сплава, не содержащего цирконий, включающая углекислый газ, шестифтористую серу и воздух. Смесь дополнительно содержит соединение бора, выбранное из группы, включающей трехфтористый бор и оксид бора, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углекислый газ
75-90
шестифтористая сера
0,5-1,0
воздух
8-23,5
соединение бора, выбранное из группы,
содержащей трехфтористый бор и оксид бора
0,5-1,02
2
Газовую смесь вводят в плавильную печь при достижении температуры шихты 450-500°С. Функции смеси этим не ограничиваются. После расплавления шихты при 750-770°С на жидкий металл распыляют одно из соединений бора под воздействием конвекции или перемешивания в тигельной печи либо перемешивания за счет индукционных токов в индукционной печи, после чего сплав вступает во взаимодействие с составляющей защитной смеси - углекислым газом: 2Mg+CO2MgO+С.
Окись магния и дисперсный углерод перемещаются под действием токов, коагулируют и оседают на дно с разными скоростями, т.к. окись магния имеет удельный вес 3,53, углерод - 1,85. Анализ механизма образования пленки в этом случае и наличие свободного углерода в количестве менее не 0,05% позволяют получить одновременно с защитным модифицирующий эффект. Бор, соединяясь с кислородом воздуха, создает дополнительную защиту от окисления, входя в состав пленки.
С целью повышения чистоты и пластичности сплава выдержку перед разливкой при выстаивании проводят в течение 15-25 минут при температуре 760-780°С.
2
6
Заявляемая защитная газовая смесь может быть использована при плавке сплавов системы Mg-Al-Zn: МЛ5, МЛ5пч, ВМЛ18 и др. следующим образом: в очищенный нагретый тигель плавильной, стационарной или индукционной печи загружают шихту, и, когда температура достигает 450-500°C, начинают подавать газовую смесь в течение 40-60 мин в следующих количествах: 170-200 л CO, 1-2 л SF, 20-50 л воздуха и бор 25-50 г, соблюдая при этом заявляемое соотношение смеси. Смесь подается по трубопроводу через отверстие в крышке на поверхность расплава. При повышении температуры на поверхность расплава распыляют соль бора. По механизму, описанному выше, сплав при температуре 750-770°C модифицируется и дегазируется. Очагов загорания не имеется. Отливки сплавов системы Mg-Al-Zn, полученные с использованием предлагаемой смеси, по механическим, коррозионным свойствам и чистоте удовлетворяют действующим техническим условиям. Флюсовая коррозия отсутствует. В таблице 1 приведены контрольные примеры, подтверждающие оптимальность заявляемой смеси по сравнению с прототипом. Составы, приведенные в таблице, получены по технологии, изложенной в описании. Заявленная технология является прогрессивной, обеспечивает возможность механизировать и автоматизировать процесс, повысить качество литья: устранить флюсовую коррозию, уменьшить газосодержание, стабилизировать свойства, снизить стоимость процесса приготовления сплавов, улучшить экологию.