Составы флюсов для плавки магниевых сплавов

Таблица 2.4

Флюсы № 2 и Ви 2 предназначены для плавки в стационарных тиглях. Флюс № 2 представляет в своей основе плавленый карналлит с добавлением хлористого бария в качестве утяжелителя. Добавка к флюсу № 2 плавикового шпата повышает вязкость флюса и поверхностное натяжение на границе металл — флюс, что способствует повышению рафинирующей способности.

Флюс Ви 2 готовится путем размола флюса № 2 и фтористого кальция, просеивания их и смешивания в шаровой мельнице или смесителе. При плавке в стационарных тиглях можно использовать один флюс Ви 2.

Флюс Ви 3 отличается от Ви 2 меньшим содержанием карналлита, более высоким содержанием плавикового шпата и наличием в составе до 10% окиси магния. Естественно, что флюс Ви 3 обладает более высокой вязкостью и применяется для плавки в выемных тиглях. На поверхности расплава образуется корка, которую легко удержать при разливке. В качестве основы для приготовления флюса Ви 3 служит плавленый карналлит, размолотый в шаровой мельнице, к которому добавляют окись магния и размолотый и просеянный фтористый кальций.

Флюс Фл 5-3 содержит еще меньшее количество хлористого магния и представляет собой смесь обезвоженного карналлита с обезвоженным техническим хлористым барием, плавиковым шпатом и фтористым алюминием. Применяется для приготовления сплавов высокой чистоты, в том числе сплавов, легированных цирконием и РЗМ.

При приготовлении магниевых сплавов с  РЗМ на поверхности раздела расплав — хлористый флюс могут протекать обменные реакции между легирующими элементами и компонентами флюса:

2Y + 3MgCl₂ → 2YCl₃ + 3Mg

2Nd + 3MgCl₂ → 2NdCl₃ + 3Mg            (2.3)

В результате этих реакций наблюдаются большие потери дорогостоящих компонентов. Для уменьшения степени взаимодействия необходимо уменьшить содержание MgCl₂ во флюсе, а в лучшем случае — исключить его полностью.

Разработаны бесхлористые флюсы, составы которых приведены в таблице 2.5.

Составы бесхлористых флюсов

Таблица 2.5

Составляющие этих флюсов,  такие как AlF₃, B₂O₃, термодинамически менее устойчивы, чем фториды и окислы магния и РЗМ, поэтому взаимодействуют с магнием и РЗМ. Правда, благодаря высокой вязкости из-за высокой температуры плавления, взаимодействие протекает с малой скоростью. Эти же причины приводят к тому, что эти флюсы имеют худшие защитные свойства, и если корка нарушается, то возможно загорание магния. Поэтому распространения эти флюсы не получили.

Технологический процесс флюсовой плавки

Вне зависимости от способа плавки (стационарные или выемные тигли или дуплекс-процесс) в технологии плавки имеется много общего. Поэтому перечислим последовательность операций, осуществляемых при плавке:

1. Перед  первой плавкой стационарный или выемной тигель разогреваются до температуры темно-красного каления.

2. Стенки и дно тиглей присыпаются молотым флюсом (табл. 2.4); расплавляется около 1,0-1,5% флюса от массы шихты.

3. Производится загрузка и расплавление шихты. В первую очередь загружаются возврат, предварительные сплавы, готовые сплавы и свежие металлы. Лигатуры вводятся в последнюю очередь после доведения температуры до 700-720⁰ С под зеркало расплава с помощью шумовки; загорание металла во время плавки устраняется путем присыпания очагов горения молотым флюсом.

4. Удаляют старый и наводят свежий флюс.

5. Производится рафинирование путем перемешивания сплава железной ложкой-шумовкой в течение 4-6 минут. Перемешивание заканчивается, когда поверхность расплава становится блестящей. Ложку-шумовку не следует опускать глубже, чем на 2/3 от поверхности металла, а движение осуществлять не просто вверх-вниз, а по схеме  «вниз-вперед-вверх». Во время рафинирования при необходимости подсыпают свежий флюс. Расход флюса при рафинировании составляет около 1% от массы шихты.

6. После рафинирования с поверхности расплава снимается шлак и старый флюс, наводится новый покров; в случае плавки сплавов с цирконием дается выдержка 10-15 минут, температура доводится до температуры заливки, отбираются необходимые пробы, производится разливка; в случае плавки сплавов системы Mg - Al - Zn при температуре 720-740⁰ С производится модифицирование необожженным магнезитом (см. § 1.5). Продолжительность модифицирования составляет 8-12 мин. — до прекращения выделения пузырей на поверхности расплава.

7. Производится очистка расплава от шлака, образовавшегося в процессе модифицирования, зеркало металла засыпается новой порцией флюса.

8. Расплав выстаивается 10-15 мин., отбираются необходимые пробы, температура доводится до температуры литья.

9. Производится разливка сплавов.

Разливка сплавов

Температура разливки в большинстве случаев не превышает 740-760⁰ С, и только в отдельных случаях (крупные тонкостенные отливки) достигает 800⁰ С. Процесс разливки различается в зависимости от способа плавки.

Если плавка производится в стационарных тиглях, то не участке должен находиться тигель с расплавленным флюсом № 2 или карналлитом, который служит для прогрева и очистки разливочных ковшей. Полная замена флюса в промывном тигле производится через 48 часов.

Разбор металла из стационарного тигля производится следующим образом: по достижении нужной температуры сплава прогревают разливочный ковш в тигле с флюсом докрасна, сливают флюс через  носок ковша обратно во флюсовый тигель и тщательно стряхивают остатки флюса с ковша. Отводят донной частью ковша флюс с поверхности расплава и, медленно погружая ковш в расплав, набирают сплав. Сливают до 5% сплава обратно для того, чтобы удалить флюс, находящийся в носке ковша. Затем вынимают ковш со сплавом и дают стечь флюсу с его наружной поверхности. При необходимости, если флюс на поверхности металла в тигле не успевает затянуть нарушенный покров, присыпают зеркало металла свежим флюсом тонким слоем. При разборе металла нужно как можно меньше взбалтывать расплав в тигле и не следует вычерпывать более 2/3 его от емкости тигля.

Ковш с металлом подносят к форме, при необходимости проверяют температуру расплава и, равномерно наклоняя ковш, ведут заливку формы. Необходимо как можно ближе держать носок ковша к литниковой чаше или воронке, держа их заполненными в течение всего времени заливки. Струю металла во время заливки припыливают серным цветом или смесью серы и борной кислоты (в соотношении 1:1) из мешочка из неплотной ткани.

По окончании заливки формы в ковше должно остаться не менее 15% металла от его емкости. Остатки металла сливают в изложницу.

При работе с выемным тиглем при достижении необходимой температуры тигель вынимают из печи и переносят к месту заливки. Если при этом нарушается корка флюса, то очаги загорания тушатся смесью серы и борной кислоты. Не следует тушить очаги загорания свежей порцией флюса, т. к. последний, не успев загустеть, может попасть в отливку. Когда температура металла в тигле становится равной температуре заливки, тщательно очищают носок тигля от флюса, отводят корку флюса счищалкой от носка тигля, поднимают тигель и, осторожно наклоняя его к литниковой чаше или воронке, начинают заливку. Необходимо при этом припыливать струю серным цветом или смесью серы и борной кислоты и держать чашу или воронку все время заполненными. В случае заливки нескольких форм при переносе тигля от одной формы к другой следует оставлять его в наклонном положении, оставшемся после заливки предыдущей формы, чтобы исключить повреждение флюсовой корки. По окончании заливки в тигле должно оставаться не менее 15% жидкого металла от емкости тигля.

Технология флюсовой плавки имеет существенные недостатки:

1. Неблагоприятное влияние испаряющихся флюсов на здоровье работающих и экологическую обстановку цеха.

2. Большой возврат металла в виде сливов из ковшей для последующего переплава, что влечет за собой потери металла, рабочего времени и энергетические затраты.

3. Коррозия металлического оборудования в цехе (металлические корпуса печей, краны и подкрановые пути и др.).

4. Возможность попадания флюса в отливку и развитие флюсовой коррозии отливок, механизм которой заключается в следующем:

MgCl₂ + H₂O → MgO + 2 HCl

2HCl + Mg → MgCl₂ + H₂             (2.4),

и т. д.

На отливке появляются очаги коррозии, которые, разрастаясь со временем, приведут к разрушению отливки.

Для обнаружения флюсовой коррозии отливки выдерживают в течение 48 часов в туманных камерах, в которых содержание водяных паров близко к 100%, затем проводится визуальный контроль. Отливки с очагами флюсовой коррозии бракуются.