Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам модифицирования (измельчения структуры) при плавке магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец (типа МЛ5, МЛ6). Предложенный способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец включает расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760°С, причем в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава. Применение предлагаемого способа модифицирования магниевых сплавов повышает качество отливок из них, выход годного, уменьшает энергоемкость, трудоемкость процесса и улучшает его экологию и обеспечивает получение высоких механических свойств сплава. 1 табл.
Формула изобретения
Способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, включающий расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760°С, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам модифицирования (измельчения структуры) при плавке магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец (типа МЛ5, МЛ6).
Модифицирование структуры — одна из основных операций в технологии производства изделий из магниевых сплавов. Благодаря модифицированию улучшаются механические свойства сплавов и изделий из них и вследствие этого увеличиваются ресурс и надежность эксплуатации изделий.
Известен способ модифицирования магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец мелом (СаСО 3 ) посредством введения его в жидкий металлический расплав при 760-780° С порциями в два приема в количестве 0,5-0,6% от веса расплава и присыпания его поверхности стандартным плавильно-рафинирующим флюсом марки ВИ2 или ФЛ5-3. Продолжительность модифицирования 7-10 минут. М.Б.Альтман, А.А.Лебедев и др. «Плавка и литье легких сплавов». Издательство «Металлургия», Москва 1969 г., стр.348-352.
Недостатками способа модифицирования магниевых сплавов мелом являются сравнительно высокая температура процесса (760-780° С), насыщение жидкого сплава водородом из-за гигроскопичности мела и загрязнение его окислами магния согласно химической реакции
СаСО 3 СаО+СО 2
2Mg+CО 2 2MgO+C
Известны способы модифицирования магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец посредством введения в жидкий расплав гексахлорэтана или гексахлорбензола в количестве 0,08-0,01% от массы плавки при температуре расплава около 750° С (Патенты Великобритании №606948, №653342).
Недостатками способов модифицирования магниевых сплавов посредством введения в них гексахлорэтана или гексахлорбензола являются их токсичность из-за выделения в атмосферу хлора и сравнительно большая стоимость.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец посредством введения в них магнезита в количестве 0,3-0,4% от массы сплава при температуре 720-760° С в течение 6-10 минут. М.Б.Альтман, А.А.Лебедев и др. Плавка и литье легких сплавов. М.: Металлургия, 1969 г., стр.348-352.
Недостатком способа модифицирования сплава магнезитом является загрязнение расплава окислами в процессе его разложения и безвозвратные потери магниевого сплава из-за его окисления, так как при модифицировании происходит бурление жидкого сплава из-за выделения углекислого газа
2MgCО 3 2MgO + 2СО 2
Технической задачей изобретения является разработка способа модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, обеспечивающего получение высоких механических свойств сплава.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, включающий расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760° С, в котором в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава.
Длительность процесса модифицирования сплава составляет 4-8 минут в зависимости от вводимого количества модификатора и соотношения его составляющих.
Введение в качестве модификатора углекислого марганца или смеси углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 и в количестве 0,5-0,7% от массы сплава в сплав системы магний-алюминий-цинк-марганец обеспечивает значительное повышение механических свойств.
Предлагаемый способ модифицирования структуры опробовался в лабораторных и промышленных условиях на плавках магниевого сплава МЛ5, МЛ5пч. От каждой плавки отливались образцы для механических испытаний, химического анализа и технологическая проба, по излому которой оценивалась структура сплава.
В тигельной печи емкостью 250-400 кг расплавляли металлическую шихту магниевого сплава МЛ5 (100% свежих металлов или с добавлением возвратов первого и второго сорта) с применением покровно-рафинирующего флюса ВИ2 или ФЛ5-3.
При температуре 730° С в жидкий сплав вводили 0,5-0,7% от массы сплава углекислый марганец вместе с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 или только углекислый марганец, присыпая поверхность металла порошкообразным флюсом ВИ2 или ФЛ5-3 в течение 5-7 минут. Затем с поверхности жидкого сплава снимались шлаки, покрывали ее флюсом и проводили рафинирование сплава от шлаков и неметаллических включений, доводили температуру сплава до 790-810° С и выстаивали расплав при ней, а затем готовый сплав разливали по литейным формам.
В таблице приведены химический состав, механические свойства сплавов МЛ5, МЛ5пч, выплавленных с использованием различных составов модификаторов.
Химический состав и механические свойства всех плавок сплавов МЛ5, МЛ5пч соответствуют ГОСТу 2856-79.
Образцы для механических исследований термообрабатывались по режиму Т4 (415(в течение 14 часов, охлаждение на воздухе).
Структура изломов технологических проб сплавов всех плавок мелкая (диаметр зерна составляет 0,1-0,07 мм).
Из данных таблицы следует, что предел прочности сплавов МЛ5, МЛ5пч, выплавленных с применением предлагаемого модификатора (углекислого марганца или смеси углекислого марганца с магнезитом) на 11,5% выше предела прочности тех же сплавов, выплавленных с применением модификатора-прототипа, а относительное удлинение соответственно выше на 19-48%.
Предлагаемый способ модифицирования магниевых сплавов МЛ5, МЛ5пч позволяет гарантированно получать высокие механические свойства этих сплавов (предел прочности не ниже 270 МПа), и как следствие этого полностью ликвидирует брак плавок и деталей по механическим свойствам, повышает ресурс и надежность эксплуатации деталей, узлов и, возможно, снижение их веса на 20-25%, особенно при замене деталей из алюминиевых сплавов на магниевые.
Токсичность предлагаемого способа ниже токсичности способа-прототипа из-за сокращения длительности процесса на 20-30%, меньшего содержания магнезита в модификаторе, что снижает загрязнение сплава окислами и безвозвратные потери металла.
Следует отметить, что в процессе термической обработки образцов их структура не укрупнялась.
Применение предлагаемого способа модифицирования магниевых сплавов повышает качество отливок из них, выход годного, уменьшает энергоемкость, трудоемкость процесса и улучшает его экологию.
Источник
МОДИФИЦИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
— введение в жидкий металл в очень малых количествах веществ-модификаторов, способствующих получению мелкого зерна (кристаллов), однородного по всему объему отливки. Модифицированию подвергают сплавы системы Mg—Al—Zn—Мп.
Сплавы, содержащие цирконий более 0,5%, не модифицируют, т. к. зерна а- в этих сплавах достаточно мелкие и однородные. Измельчение зерна в сплавах Mg—Al—Zn—Мп связывают с образованием составляющих с относительно высокой темп-рой плавления, растворимость к-рых в жидком металле уменьшается с понижением темп-ры. Выпадая в виде мельчайших частиц, эти составляющие служат зародышами кристаллов. Полагают, что зародышами могут быть частицы карбида алюминия или более сложные соединения: Mg—Al—С; Mg—Al—Мп—С; соединения алюминия с железом: Al—Fe—Мп; Al—Mg— Fe—Мп.
Модифицирование магниевых сплавов достигается добавлением в жидкий металл веществ, содержащих углерод — продувкой сухим натуральным газом, ацетиленом, углекислым газом или введением карбидов алюминия и кальция, графита, углекислой соли (мела, мрамора, магнезита), хлоридов (четыреххлористого углерода, гексахлорэтана, гексахлорбензола и др.). В пром-сти для модифицирования магниевых сплавов широко применяют магнезит и мел. Магнезит вводят кусками (размером 10—25 мм) в количестве 0,3—0,4% к весу сплава при темп-ре 720—730°, мел — в виде порошка в количестве 0,5—0,6% при 760—780°; операция модифицирования длится * 7— 10 мин. (до прекращения бурления). Модифицирование магниевых сплавов может осуществляться перегревом жидкого металла, т. е. нагревом до 850— 950° и выдерживанием при этой темп-ре в течение 10—20 мин. Модифицирование пропадает при длит, выстаивании жидкого металла при темп-ре 680—700°, но нагрев до высокой темп-ры снова приводит к измельчению зерна. При модифицировании магниевых сплавов зерно измельчается от 0,2—0,3 до 0,01—0,02 мм. Модифицирование обеспечивает получение литых сплавов с повышенными механич. св-вами (ebl (TQ)2, 6, ан). Изменение св-в в зависимости от размера зерна отвечает закону прямой в координатах (свойства — логарифм количества зерен на 1 появления трещин и микрорыхлоты (см. Модифицирование сплавов).
Источник
Способ модифицирования магниевых сплавов
Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам модифицирования (измельчения структуры) при плавке магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец (типа МЛ5, МЛ6). Предложенный способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец включает расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760°С, причем в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава. Применение предлагаемого способа модифицирования магниевых сплавов повышает качество отливок из них, выход годного, уменьшает энергоемкость, трудоемкость процесса и улучшает его экологию и обеспечивает получение высоких механических свойств сплава. 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к процессам модифицирования (измельчения структуры) при плавке магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец (типа МЛ5, МЛ6).
Модифицирование структуры — одна из основных операций в технологии производства изделий из магниевых сплавов. Благодаря модифицированию улучшаются механические свойства сплавов и изделий из них и вследствие этого увеличиваются ресурс и надежность эксплуатации изделий.
Известен способ модифицирования магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец мелом (СаСО3 ) посредством введения его в жидкий металлический расплав при 760-780° С порциями в два приема в количестве 0,5-0,6% от веса расплава и присыпания его поверхности стандартным плавильно-рафинирующим флюсом марки ВИ2 или ФЛ5-3. Продолжительность модифицирования 7-10 минут. М.Б.Альтман, А.А.Лебедев и др. «Плавка и литье легких сплавов». Издательство «Металлургия», Москва 1969 г., стр.348-352.
Недостатками способа модифицирования магниевых сплавов мелом являются сравнительно высокая температура процесса (760-780° С), насыщение жидкого сплава водородом из-за гигроскопичности мела и загрязнение его окислами магния согласно химической реакции
СаСО3СаО+СО2
2Mg+CО22MgO+C
Известны способы модифицирования магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец посредством введения в жидкий расплав гексахлорэтана или гексахлорбензола в количестве 0,08-0,01% от массы плавки при температуре расплава около 750° С (Патенты Великобритании №606948, №653342).
Недостатками способов модифицирования магниевых сплавов посредством введения в них гексахлорэтана или гексахлорбензола являются их токсичность из-за выделения в атмосферу хлора и сравнительно большая стоимость.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец посредством введения в них магнезита в количестве 0,3-0,4% от массы сплава при температуре 720-760° С в течение 6-10 минут. М.Б.Альтман, А.А.Лебедев и др. Плавка и литье легких сплавов. М.: Металлургия, 1969 г., стр.348-352.
Недостатком способа модифицирования сплава магнезитом является загрязнение расплава окислами в процессе его разложения и безвозвратные потери магниевого сплава из-за его окисления, так как при модифицировании происходит бурление жидкого сплава из-за выделения углекислого газа
2MgCО32MgO + 2СО2
Технической задачей изобретения является разработка способа модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, обеспечивающего получение высоких механических свойств сплава.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, включающий расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760° С, в котором в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава.
Длительность процесса модифицирования сплава составляет 4-8 минут в зависимости от вводимого количества модификатора и соотношения его составляющих.
Введение в качестве модификатора углекислого марганца или смеси углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 и в количестве 0,5-0,7% от массы сплава в сплав системы магний-алюминий-цинк-марганец обеспечивает значительное повышение механических свойств.
Предлагаемый способ модифицирования структуры опробовался в лабораторных и промышленных условиях на плавках магниевого сплава МЛ5, МЛ5пч. От каждой плавки отливались образцы для механических испытаний, химического анализа и технологическая проба, по излому которой оценивалась структура сплава.
В тигельной печи емкостью 250-400 кг расплавляли металлическую шихту магниевого сплава МЛ5 (100% свежих металлов или с добавлением возвратов первого и второго сорта) с применением покровно-рафинирующего флюса ВИ2 или ФЛ5-3.
При температуре 730° С в жидкий сплав вводили 0,5-0,7% от массы сплава углекислый марганец вместе с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 или только углекислый марганец, присыпая поверхность металла порошкообразным флюсом ВИ2 или ФЛ5-3 в течение 5-7 минут. Затем с поверхности жидкого сплава снимались шлаки, покрывали ее флюсом и проводили рафинирование сплава от шлаков и неметаллических включений, доводили температуру сплава до 790-810° С и выстаивали расплав при ней, а затем готовый сплав разливали по литейным формам.
В таблице приведены химический состав, механические свойства сплавов МЛ5, МЛ5пч, выплавленных с использованием различных составов модификаторов.
Химический состав и механические свойства всех плавок сплавов МЛ5, МЛ5пч соответствуют ГОСТу 2856-79.
Образцы для механических исследований термообрабатывались по режиму Т4 (415(в течение 14 часов, охлаждение на воздухе).
Структура изломов технологических проб сплавов всех плавок мелкая (диаметр зерна составляет 0,1-0,07 мм).
Из данных таблицы следует, что предел прочности сплавов МЛ5, МЛ5пч, выплавленных с применением предлагаемого модификатора (углекислого марганца или смеси углекислого марганца с магнезитом) на 11,5% выше предела прочности тех же сплавов, выплавленных с применением модификатора-прототипа, а относительное удлинение соответственно выше на 19-48%.
Предлагаемый способ модифицирования магниевых сплавов МЛ5, МЛ5пч позволяет гарантированно получать высокие механические свойства этих сплавов (предел прочности не ниже 270 МПа), и как следствие этого полностью ликвидирует брак плавок и деталей по механическим свойствам, повышает ресурс и надежность эксплуатации деталей, узлов и, возможно, снижение их веса на 20-25%, особенно при замене деталей из алюминиевых сплавов на магниевые.
Токсичность предлагаемого способа ниже токсичности способа-прототипа из-за сокращения длительности процесса на 20-30%, меньшего содержания магнезита в модификаторе, что снижает загрязнение сплава окислами и безвозвратные потери металла.
Следует отметить, что в процессе термической обработки образцов их структура не укрупнялась.
Применение предлагаемого способа модифицирования магниевых сплавов повышает качество отливок из них, выход годного, уменьшает энергоемкость, трудоемкость процесса и улучшает его экологию.
Способ модифицирования магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, включающий расплавление сплава и введение в него модификатора при температуре 720-760°С, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют углекислый марганец или смесь углекислого марганца с магнезитом в соотношении (1,4-3):3 в количестве 0,5-0,7% от массы сплава.
СаО+СО 2
СаО+СО2
