Способ производства слитков деформируемых магниевых сплавов


 


Владельцы патента RU 2479376:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Индукционную плавку шихтовых материалов ведут в стальном тигле в газовой среде, состоящей из смеси аргона и фреона 12 в соотношении 4:(1-2). Расплав перед разливкой нагревают до температуры 800-830°C и выдерживают при этой температуре в течение 20-40 минут. Образующийся в результате реакции фреона с магнием хлорид магния (MgCl2) растворяется в магниевом расплаве, а при охлаждении выделяется в виде тонкодисперсных частиц, служащих центрами кристаллизации. Обеспечивается получение слитков с гарантированно мелкокристаллической структурой и исключение «флюсовой» коррозии металла. 1 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в производстве слитков из сплавов системы магний - алюминий - цинк, магний - цинк - РЗМ, предназначенных, например, для изготовления деталей разгонных блоков космических аппаратов.

Известен способ производства слитков магниевых сплавов, являющийся аналогом и включающий плавку шихтовых материалов под карналлитовым флюсом, состоящим из 60 атом.% MgCl2 и 40 атом.% CaCl2 (Бондарев Б.И. «Плавка и литье магниевых деформируемых сплавов», Металлургиздат, 1973, 370 с.). Применение такого флюса позволяет получать слитки с требуемой мелкокристаллической структурой.

Однако магниевые деформируемые сплавы при применении карналлитового флюса склонны к коррозии, что снижает качество и срок службы деталей, изготовленных из таких сплавов. Это связано с тем, что наряду с дисперсными частицами хлористого магния, которые служат центрами кристаллизации, в металлический расплав попадает большое количество крупных частиц этого материала, приводящих к «флюсовой» коррозии сплавов.

Известен способ производства слитков магниевых сплавов, принятый в данном случае за прототип (патент на изобретение №2190679 от 23.05.2002 г. «Способ производства слитков из магниевых сплавов»). Описанный способ производства позволяет исключить флюсовую коррозию за счет ведения плавки в среде смеси газов аргона и фреона при их соотношении 4:(1-2). В результате химической реакции между металлом и фреоном образуется защитная пленка, состоящая из фторида и хлорида магния, которая препятствует испарению сплава и окислению металла.

Однако слитки деформируемых магниевых сплавов системы магний - алюминий - цинк и магний - цинк - РЗМ, выплавленные по этому способу, обладают крупнокристаллической структурой, что приводит к снижению технологической пластичности и образованию трещин при прокатке и прессовании слитков. Это связано с тем, что принятые режимы приготовления сплавов не позволяют в полной мере использовать модифицирующую способность хлорида магния применительно к деформируемым магниевым сплавам, в частности к сплавам названных систем.

У деформируемых магниевых сплавов и у хлорида магния однотипная гексогональная решетка с близкими параметрами. Поэтому зародыши хлорида магния и включения, покрытые хлоридом магния, при охлаждении расплава до температуры, меньшей или равной температуре ликвидуса магниевых сплавов, становятся центрами кристаллизации. Чем больше центров кристаллизации, тем меньше размер зерен твердого раствора деформируемых магниевых сплавов. При этом микрочастицы хлорида магния, служившие центрами кристаллизации настолько малы, что практически не влияют на коррозионную стойкость деформируемых магниевых сплавов, к тому же они находятся в центре зерен сплава и недоступны воздействию атмосферы.

Результатом предлагаемого технического решения является получение слитков из деформируемых магниевых сплавов, не подверженных флюсовой коррозии и гарантированно имеющих мелкокристаллическую структуру.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе производства слитков деформируемых магниевых сплавов, включающем индукционную плавку шихтовых материалов в стальном тигле в газовой среде в виде смеси аргона и фреона 12 в соотношении 4:(1-2) и разливку металла в кристаллизатор, расплав перед разливкой нагревают до температуры 800-830°C и выдерживают при этой температуре в течение 20-40 минут.

Фреон 12 взаимодействует с расплавленным металлом, образуя на его поверхности жидкую защитную пленку из фтористого и хлористого магния. При повышении температуры расплава до 800°C и выше хлор из пленки переходит в металл, растворяясь в нем. При охлаждении расплава, происходящего в процессе отливки слитков, растворимость хлора в металлическом расплаве уменьшается, и он частично переходит обратно в пленку, но в большей части образует в расплаве самостоятельные микрокапли хлорида магния, либо образует на присутствующих в расплаве включениях жидкие микропленки. При понижении температуры расплава ниже 714°C микрокапли и пленки хлорида магния кристаллизуются, образуется большое количество центров кристаллизации, что и обеспечивает в итоге формирование мелкокристаллической структуры слитков магниевых сплавов, отливаемых предлагаемым способом.

Количество центров кристаллизации определяется концентрацией хлора, растворившегося в металле в процессе выдержки расплава при температуре, равной или большей 800°C. С ростом температуры растворимость хлора в магниевых сплавах растет. Однако верхний предел температуры ограничен 830°C, т.к. при более высоких температурах расплав активно насыщается железом за счет взаимодействия магниевого расплава со стенками тигля. Железо является вредной примесью для деформированных магниевых сплавов, повышенное его содержание приводит к снижению пластических и коррозионных характеристик изделий. Таким образом перегревать расплав выше температуры 830°C не целесообразно.

Минимальное время выдержки при температуре расплава 800-830°C определяется экспериментально и зависит от допустимого размера зерна в структуре сплава, при которой не образуется трещин в процессе деформации слитка. Увеличение же времени выдержки более 40 минут приводит к образованию излишне большого количества частиц хлорида магния. В результате за счет коагуляции происходит увеличение их размеров, такие частицы не могут служить центрами кристаллизации, а появляются в структуре как инородные включения, что, в конечном счете, приводит к «флюсовой» коррозии. Таким образом, предлагаемый способ производства слитков из деформируемых магниевых сплавов систем Mg-Al-Zn и Mg-Zn-РЗМ позволяет:

- получать слитки с гарантированно мелкокристаллической структурой;

- исключить «флюсовую» коррозию металла.

Примеры осуществления способа.

1. Для приготовления сплава МА2-1пч (система Mg-Al-Zn) была взята шихта следующего состава: первичный магний МГ95, лигатура магний-марганец ММ2ч, алюминий первичный А99, цинк Ц0А. Шихту укладывали в стальной тигель индукционной печи и нагревали до 830°C в защитной газовой среде смеси аргона и фреона-12 в соотношении 4:1 (по объему), сплав выдержали 20 мин. Затем отобрали пробу для экспресс-контроля и оценки размера зерна по излому. Размер зерна по излому соответствовал требованиям эталона, поэтому была проведена отливка слитка диаметром 370 мм методом полунепрерывного литья. Для сдаточного контроля был проведен контроль слитка по излому темплетов. Излом темплетов показал соответствие размера зерна эталону годности, химический состав сплава соответствовал ГОСТ 14957-76 (Рис.1а).

2. Сплав готовили по п.1 с той разницей, что шихту нагревали до 795°C. Отобранная для оценки размера зерна по излому проба показала несоответствие требованиям эталона (Рис.1б).

3. Сплав готовили по п.1 с разницей в том, что шихту нагревали до 835°C. Проба, отобранная для оценки размера зерна по излому, показала соответствие требованиям эталона годности (Рис.1а). Однако химический анализ показал увеличение содержания железа до недопустимого уровня 0,14% (против 0,005% по ГОСТ 14957-76).

4. Сплав МА15 (система Mg-Al-Zn) готовили из шихты следующего состава: первичный магний МГ95, лигатура магний-марганец ММ2ч, алюминий первичный А99, цинк Ц0А. Шихту в стальном тигле индукционной печи нагревали до 800°C в защитной среде аргона и фреона-12 в соотношении 4:1 (по объему), сплав выдержали 40 мин. Отобрали пробу на экспресс-анализ и оценку размера зерна по излому. Размер зерна по излому соответствовал требованиям эталона, химический состав сплава соответствовал ГОСТ 14957-76. Полунепрерывным способом был отлит слиток диаметром 460 мм. Для сдаточного контроля был проведен контроль слитка по излому темплетов. Излом темплетов показал соответствие размера зерна эталону годности (Рис.1а).

5. Сплав готовили по п.4 с той разницей, что выдержку сплава в печи осуществляли в течение 18 мин при 800°C. Размер зерна по излому в отобранной пробе не соответствовал требованиям эталона. При той же температуре печи сплав дополнительно выдержали в течение 10 мин. Повторно отобранная проба показала соответствие размера зерна эталону годности. Полунепрерывным методом отлили слиток диаметром 370 мм. Излом темплетов показал соответствие размера зерна эталону годности (Рис.1а).

Способ производства слитков деформируемых магниевых сплавов, включающий индукционную плавку шихтовых материалов в стальном тигле в газовой среде в виде смеси аргона и фреона 12 в соотношении 4:(1-2) и разливку металла в кристаллизатор, отличающийся тем, что расплав перед разливкой нагревают до температуры 800-830°C и выдерживают при этой температуре в течение 20-40 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии. .
Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к теплоизолирующим материалам, применяемым при разливке металла в сталеразливочном ковше, промежуточном ковше и изложнице.

Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к обогреву литейных прибылей. .

Изобретение относится к литью металлов и сплавов и их последующей обработке. .

Изобретение относится к цветной металлургии. .

Изобретение относится к роботизированной системе, размещенной в металлургической или прокатной установке и сопоставленной рабочему месту или рабочей зоне работника, содержащей робот с системой управления роботом

Изобретение относится к металлургии
Изобретение относится к литейному производству. В баке-мешалке приготавливают водный раствор клеящих веществ и силикатного клея. Добавляют в раствор компоненты экзотермической смеси и осуществляют суспендирование смеси путем перемешивания при 1500 об/мин в течение 10 мин. Водную суспензию заливают в форму, которую выполняют в виде наружного цилиндра, внутренней обечайки, имеющей сквозные отверстия диаметром 1,2-1,5 мм, и подвижной верхней части формы, прикрепленной к пуансону. После заливки в форму водную суспензию вибрируют, затем сжимают подвижной частью формы, при этом выжатая водная смесь откачивается вакуумом из внутренней полости нижней части формы. Вставку извлекают путем подачи сжатого воздуха в нижнюю часть формы под обечайку. Сырую или влажную вставку укладывают на поддон, сушат в печи и охлаждают. Экзотермическая смесь содержит, в % объемных: металлический Al 12-25, Al2O3 13-35, Fe2O3 8-30, SiO2 17-28, Na2O+K2O 5-7, CaO 8-15, MgO 0,2-4, керамическое волокно 8-15. В смесь добавляют осадитель на органической основе. Обеспечивается повышение качества вставок, снижение дефектов отливок, повышение экологичности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к металлургии. Ферросплав сливают в копильник и послойно разливают в изложницы. Охлаждение ферросплава после разливки каждого слоя производят в тоннельной камере с воздушно-капельным охладителем и вытяжной вентиляцией. Положение изложницы чередуют, размещая ее через входное отверстии камеры внутри для охлаждения залитого слоя и снаружи камеры для заливки очередного слоя с помощью средства возвратно-поступательного движения изложницы или камеры. Обеспечивается уменьшение площади и повышение пропускной способности разливочного участка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство содержит сквозной прямоугольный кристаллизатор с охлаждаемыми стенками, полость которого для формирования многослойного слитка разделена на питающие камеры охлаждаемой разделительной перегородкой, выполненной с возможностью перемещения в направлении литья. Оборудование для управления подачей металла обеспечивает поддержание поверхностей металла в питающих камерах кристаллизатора на разных уровнях. Оборудование вторичного охлаждения кристаллизатора расположено рядом с его выпускным отверстием и содержит узлы на каждой из боковых и торцевых стенок, выполненные с возможностью начала вторичного охлаждения торцевых поверхностей слитка в ином месте по его высоте, чем боковых поверхностей. Достигается стабильность границы раздела слоев получаемого многослойного слитка. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области металлургии. Способ производства полого слитка включает выплавку стали, ее внепечную обработку и разливку сверху в форму с центровым стержнем. Коррекцию содержания основных ликвирующих элементов - углерода, серы, фосфора, кислорода и водорода - проводят в дуговой сталеплавильной печи при выплавке стали и в ковше при внепечной обработке. Перед разливкой содержание водорода в стали составляет не более 0,0004 мас.%, активность кислорода составляет 0,00005-0,0075 мас.%. Содержание (мас.%) серы и фосфора в стали перед разливкой определяют в зависимости от толщины стенки полого слитка по равенству [i]=k/T, где коэффициент k составляет (2-60)·10-4 мас.%·м для серы и (6-130)·10-4 мас.%·м для фосфора, Т - средняя толщина стенки полого слитка (м). Разливку стали ведут со скоростью (0,4-0,6)·M0,45-0,75 (т/мин), где М - масса полого слитка (т). Регламентация содержания в стали перед разливкой основных ликвирующих элементов и расчет массовой скорости разливки в зависимости от массы слитка обеспечивает повышение качества полого слитка. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает заливку расплава в нагреваемую огнеупорную литейную форму, затвердевание отливки между литейной формой и полым охлаждаемым стержнем, извлечение отливки из литейной формы и съем отливки со стержня. Литейную форму нагревают до температуры плавления металла. Металлический охлаждаемый стержень с высокой теплопроводностью стенки вводят в литейную форму после ее заполнения расплавом со скоростью от 0,02 до 0,8 м/с. Затвердевание отливки ведут со скоростью не менее 1 мм/с. Извлечение отливки осуществляют вместе со стержнем после ее затвердевания. Съем отливки со стержня производят при движении стержня в направлении его извлечения. Обеспечивается повышение производительности процесса литья и улучшение качества полых отливок. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает расположение формы (1) внутри камеры (5) вакуумного литья, понижение давления в камере (5) до значения ниже 0,5 мм рт. ст., расположение в верхней части литейной полости (3А) средства (11А, 11') приема и распределения жидкого металла, подачу жидкого металла в камеру (5) вакуумного литья и заполнение ее жидким металлом. В верхней части камеры (5) расположено средство (9) подачи жидкого металла. Средство (11А, 11') приема и распределения жидкого металла выполнено с возможностью приема жидкого металла, подаваемого в камеру (5) вакуумного литья, и с возможностью распределения жидкого металла в литейной полости (3А). Подачу жидкого металла в камеру (5) вакуумного литья осуществляют с формированием первой струи (50) жидкого металла в вакууме для разливки жидкого металла на средство (11А, 11') приема и распределения и второй струи (52) жидкого металла в вакууме, проходящей в литейную полость (3А). Обеспечивается получение кованых слитков с низким содержанием водорода. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу и комплексу для производства стали. Комплекс содержит дуговую печь, ковшевую металлургическую печь, устройство вакуумирования и участок разливки, при этом производительность комплекса для производства стали ограничена плавильной мощностью дуговой печи. Использование изобретения обеспечивает возможность выполнения четырех разнородных сталеплавильных процессов в произвольном порядке, выпускать большие объемы стандартных марок стали, а также снижает потребность в тепловой энергии на тонну произведенной стали. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к литейному производству. На металлическом поддоне устанавливают и закрепляют центровой стержень. На центровой стержень устанавливают отдельно отлитую цилиндрическую обечайку с толщиной стенки 15-30 мм из аустенитного чугуна с шаровидным графитом с коррозионностойкими и нейтронопоглощающими свойствами, оформляющую и являющуюся внутренней стенкой отливки заготовки корпуса контейнера. Коаксиально центровому стержню с обечайкой устанавливают наружную стенку кокиля из чугунных колец высотой корпуса контейнера. На торец обечайки и последнее чугунное кольцо устанавливают и герметично закрепляют крышку из того же чугуна толщиной, равной толщине наружной стенки кокиля. Заливку ферритного чугуна с шаровидным графитом осуществляют в полость между наружной стенкой кокиля и обечайкой. Обеспечивается получение литой заготовки с высоким комплексом функционально-интегрированных свойств транспортно-упаковочных контейнеров без применения литейных прибылей и без литых дефектов усадочного происхождения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Наверх