2. Пример расчёта шихты магниевых сплавов
В состав шихты для приготовления магниевых литейных
сплавов входят материалы:
а) металлические: первичные металлы в чушках, первичные сплавы в чушках, возвраты и лигатуры;
б) неметаллические: легирующие добавки, вводимые в виде солей, флюсы, модификаторы, материалы для припыливания расплавленного металла при заливке его в изложницы.
Классификация металлической шихты, применяемой для приготовления магниевых сплавов, приведена в табл. 8, марки магниевых сплавов в чушках — в табл. 9. возвраты собственного производства (таблице 10)
Таблица 8
Металлическая шихта, применяемая для приготовления магниевых сплавов
Наименование |
Марка, сорт, состав |
Приготовление сплавов |
1. Металлы первичные в чушках |
||
Алюминий |
А99, А97, Мл5п.ч. А95 |
Мл4п.ч. и Мл5п.ч. |
А85 |
МлЗ, Мл4, Мл5, Млб, Мл7 —1 |
|
Индий |
Ин-1 |
Мл 9 |
Кадмий |
Кд-2 |
Мл 8 |
Кальций |
- |
Мл7-1 |
Лантан |
- |
Мл15 |
Магний |
Мгп. ч. Mг 90 |
Мл4п.ч. и Мл5п.ч. Все магниевые сплавы |
Продолжение табл. 8
Марганец электролитический |
Мр00 Мр0 |
Лигатуры А1—Мn, А1—Mg—Мn, Mg—Мn. |
Мишметалл (РЗМ) |
- |
Мл 11 |
Цинк |
Ц1 Ц2 |
Мл4п.ч. и Мл5п.ч. Мл5, Мл4, Мл5, Мл5о.н, Мл6, Мл7-1, Мл8, Мл10, Мл11, Мл12, Мл15 |
2. Сплавы первичные в чушках |
||
|
ММ2 |
Мл2, Мл3, Мл4, Мл5, Мл5о.н, Мл6,Мл7-1. Допускается для сплава Мл5п.ч. |
МАЗЦ |
Мл3 и Мл7-1 |
|
Магниевые сплавы системы Mg—AI —Zn |
МА6ЦЗ |
Мл 4 |
МА8Ц |
Мл5 и Мл7-1 |
|
МА8Цч |
Мл5п.ч. |
|
МА8Цо |
Мл5о.н. |
|
МА10Ц1 |
Мл 6 |
|
Магниевые сплавы системы Mg — Nd |
МЦр1Н3 |
Мл10 |
Сплав магний лантан |
— |
Мл15 |
3.Сплавы предварительные в чушках |
||
Сплавы, приготовленные из свежих (первичных) металлов, или из возвратов и свежих металлов, или из одного возврата, применяются в чушках |
Рабочие сплавы |
2.60-2.62 |
Окончание табл. 8
4. Лигатуры |
||
Алюминий-бериллий |
3—6% Be, А1 — остальное |
Мл3, Мл4, Мл4п.ч., Мл5, Мл5п.ч., Мл6о. н., Мл6, Мл7-1,МЛ8, Мл12 |
Алюминий -магний-бериллий |
3 — 5% Be, 30% Mg, А1 остальное |
То же |
Алюминий-марганец |
8-12% Mn, AI -остальное |
Мл3, Мл4, Мл4п.ч., Мл5, Мл5п.ч., Мл3о.н., Мл6, Мл7-1 |
Алюминий-магний-марганец |
10% Mn, 20% Mg, 70% AI |
To же 20%
|
Магний-марганец |
2-3,5%-Mn, Mg-остальное |
То же, и Мл2 |
Магний-неодим |
2-3,5%-Мп, Mg - остальное |
То же, и Мл2 |
Магний-цирконий
|
Л-2, 15-20 % Zr, Mg — остальное |
Мл8, Мл9, Мл10, Мл11, Мл 12, Мл 15, ВМл6 |
Таблица 9
Химический состав магниевых сплавов в чушках в %(ГОСТ 2581-71)
Сплав |
Основные компоненты (Mg — остальное) |
|
|||
Al |
Zn |
Мn |
Zr |
Nd |
|
ММ2 МА3Ц МА6ЦЗ МА8Ц МА8Цч МА8Цон МА10Ц1 МЦр1НЗ М85 |
- 3 — 3,8 5,6 — 6, 8 7,5 — 8,7 7,5 — 8,7 7,5 — 8,7 8,8 — 10,0 -
|
- 0,2—0,8 2,2 — 3,0 0,3 — 0,8 0,3 — 0,7 0,3—0,7 0,7 — 1,1 - 5,0 |
1,5 — 2,2 0,2 — 0,5 0,2—0,5 0,2 — 0,5 0,2—0,5 0,2—0,5 0,2-0,5 - 1,0 |
- - - - - - - 0,4 — 1,1 - |
- - - - - - - 2,6—3,2 - |
12,0Окончание табл. 9
Сплав |
Примеси, не более |
Всего регламентируемых примесей |
|||||
А1 |
Si |
Fe |
Ni |
Сu |
Сl |
|
|
ММ2 МАЗЦ МА6ЦЗ МА8Ц МА8Цч МА8Цон МА10Ц1 МЦр1НЗ М85 |
0,05 - - - - - - 0,02 - |
0,07 0,10 0,15 0,10 0,06 0,20 0,15 0,02 0,3 |
0,03 0,03 0,03 0,03 0,005 0,05 0,05 0,01 - |
0,005 0,005 0,005 0,005 0,001 0,01 0,005 0,005 - |
0,04 0,04 0,08 0,05 0,02 0,15 0,05 0,15 0,4 |
0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 - |
0,2 0,18 0,27 0,19 0,09 0,41 0,26 0,08
|
Таблица 10
Классификация возвратов
Сорт |
Возврат |
Применение |
1 |
Бракованные отливки, крупные и мелкие чистые от загрязнений выпоры, чистые литники и коллекторы, чистые сливы — тигельные и ковшовые |
Для промежуточного и рабочего сплава без переплава. Вводится в шихту в твердом или расплавленном виде (с предварительным расплавлением в тигле) |
2 |
Переплав мелких отходов, стояков, сплеток, донные остатки из тиглей |
Для промежуточного и рабочей сплавов промышленной чистоты после химического анализа, для ответственных отливок количество возврате, II сорта не более 30% от массы шихты, для сплавов Мл4п.ч. и Млбп.ч. вовраты II сорта рекомендуется не применяются |
3 |
Переплав стружки, опилок, черных (грязных) сливов металла, извлеченного из шлака |
Для промежуточного и рабочего сплава промышленной чистоты, если после химического анализа соответствует составу, требуемому ГОСТ или ТУ. Кол-во возвратов III сорта для ответств. отливок не более 10%, общее количество возвратов II и III сорта для ответственного литья не более 30%. При приготовлении рабоч. спл. из 100% возвратов примен-е в шихте возвратов III сорта не допускается. Для сплавов Мл4п.ч. и Мл5п.ч. возвраты III сорта не применяются |
Согласно принятой классификации жидкий сплав и сплавы в чушках подразделяют на первичные, предварительные, промежуточные и рабочие сплавы. Назначение, способ приготовления сплавов и исходные материалы приведены в табл. 11.
Таблица 11
Классификация сплавов, предназначенных для раздаточных печей или для заливки их непосредственно в формы
Сплав |
Способ приготовления и назначение |
Исходные материалы для приготовления сплава |
Первичный
Предварительный
Промежуточный
Рабочий |
Чушки готовых стандартных сплавов, поставляемых заводами цветной металлургии. Приготовляют из свежих металлов, из свежих металлов и возвратов или из одних возвратов. Применяют в виде чушек. Приготовляют в плавильной печи для последующего перелива в раздаточные печи (с выемными или стационарными тиглями). Сплав в расплавленном состоянии в раздаточной печи (тигле) приготовлен для разливки непосредственно в формы |
См. табл. 2.46
1. Свежие металлы и лигатуры (табл. 2.45) 2. Возвраты I, 11, III сортов (табл. 2.47).
1. Свежие металлы и лигатуры, первичные или предварительные сплавы в количестве 20— 40% 2. 60—80% возвратов II и III сорта в пределах указанных в табл. 2.47 3. Допускается приготовление сплавов только из свежих металлов, только из возвратов или только из готовых (первичных или предварительных) сплавов. Промежуточный и рабочий сплавы, приготовленные из 100% возвратов, должны освежаться после двух оборотов первичным или предварительным сплавом. |
Лигатуры для приготовления магниевых сплавов приводятся в табл. 12
Таблица 12
Лигатуры для приготовления магниевых сплавов
Лигатура |
Компонент |
Содержание компонента, % (массовая доля) |
Температура плавления лигатуры, °С |
Алюминий – магний – марганец |
Mg Mn |
20 10 |
700 |
Алюминий – магний – бериллий |
Mg Be |
35 3 |
680 |
Магний – марганец |
Mn |
2 – 4 |
720 |
Основными неметаллическими материалами, приме-няемыми при плавке магниевых сплавов, являются:
1) легирующие добавки сплавов, вводимые в виде солей (табл. 13);
2) флюсы (табл. 14,15,16);
3) модификаторы (табл. 17).
Таблица 13
Легирующие добавки, вводимые в сплавы в виде солей
Добавка |
Формула |
Характеристика |
Назначение |
Марганец хлористый |
МпС12 |
Плавится при температуре около 650°С |
Для введения марганца в сплав Мл2 |
Фторберилат натрия |
Na2BeF4 + + NaBeF3 |
Содержит
|
Для введения бериллия в магниевые сплавы |
Фторцирконат калия |
K2ZrF6 |
Содержит 32% Zr, разлагается при 850 — 900° С |
При отсутствии металлической лигатуры MgZr для введения циркония в виде «шлаклигатуры» |
6,5%
Be,
разлагается при 730— 750° СНазначение флюсов
1. Предупреждение окисления и возгорания твердой шихты в процессе расплавления.
Создание на поверхности жидкой металлической ванны сплошного флюсового покрова, изолирующего сплав от контакта с воздухом.
Удаление из сплава неметаллических включений (окислов и нитридов).
4. Предупреждение возможности попадания хлоридов в отливку.
Классификация флюсов
Для выполнения своего назначения в течение всей плавки флюсы должны обладать различными свойствами в зависимости от состава сплава и применяемых методов плавки.
В некоторых случаях невозможно применять один флюс на всех стадиях плавки, поэтому используют несколько флюсов. Классификация флюсов по их применению приведена в табл. 15.
Свойства флюсов
Флюсы должны обладать следующими свойствами:
а) иметь температуру плавления ниже температуры плавления сплава или чистого магния;
б) иметь достаточно высокую жидкотекучесть и поверхностное натяжение, чтобы обеспечить образование на поверхности металла сплошного флюсового покрова;
в) иметь плотность в расплавленном состоянии при 780°С несколько большую, чем плотность сплава при этих температурах, чтобы обеспечить оседание частиц флюса, находящихся во взвешенном состоянии в сплаве;
г) не должны взаимодействовать с магнием и с составляющими сплава, а также с кладкой отражательных печей;
д) должны обладать хорошей рафинирующей способностью, т. е. легко удалять из расплава неметаллические включения.
Помимо общих свойств, флюсы должны иметь также и некоторые специальные свойства применительно к используемому методу плавки.
Флюсы для плавки в стационарных тиглях (при которой применяют забор металла разливочными ковшами чайникового типа), кроме приведенных общих свойств, указанных выше, должны обладать достаточно высокой вязкостью, обеспечивающей отделение флюса от металла во время зачерпывания сплава ковшом и заливки форм. Для повышения вязкости добавляют в основу флюса сгустители. Наиболее широко для этой цели используют фтористые соли, например фтористый кальций.
Эти флюсы даже после выстаивания при 750—800°С должны образовывать достаточно эластичный покров без корки.
Флюсы для плавки в выемных тиглях должны обладать способностью образовывать относительно плотную корку, которую можно отодвинуть от носка к задней стенке тигля при заливке металла в форму.
Для образования плотной корки на флюсовый покров иногда насыпают соли-сгустители (фториды кальция или магния). Если при плавке и разливке металла из выемных тиглей применяют флюсы, не образующие плотной корки, то рекомендуют при заливке металла в форму придерживать флюсовый покров ложкой-счищалкой, чтобы предупредить попадание флюса в форму.
Флюсы покровные
Применяемые при плавке металла в выемных тиглях, по возможности не должны содержать хлоридов.
Флюсы для промывки ковшей и плавильного инструмента
Должны обладать повышенной жидкотекучестью и хорошей рафинирующей способностью, а также не налипать на стенки ковшей.
Таблица 14
Классификация флюсов
Марка или название флюса(типовые) |
Примечание |
Ви2 |
Для плавки в стационарных индукционных или отражательных печах |
Ви3 |
Для плавки в выемных тиглях |
ФЛ5-3, Фл5 |
Для плавки сплавов (типа Мл5) с алюминием |
ФЛ5-3, Фл5 |
Для плавки сплавов (типа Мл5п.ч.) с алюминием повышенной чистоты |
1.ФЛ1 2. 15%В2О7 Na2B4O7 |
Для плавки сплавов (типа Мл5п.ч.) с алюминием повышенной чистоты |
Флюсы для сплавов с литием, флюсы для сплавов с редкоземельными металлами |
- |
Карналлит или флюс №2 |
- |
Таблица 15
Классификация флюсов
Группа |
Наименование флюса |
Назначение |
1 |
Единые (универсальные) |
Применяют на всех стадиях плавки всех сплавов (или группы сплавов) |
2 |
Рафинирование |
Применяют во время рафинирования |
3 |
Покровные |
Применяют после рафиинирования во время выстраивания в тигле и во время разливки формы |
4 |
Прочие |
Для плавки сплавов с определенными составляющими, с которыми универсальные флюсы химически взаимодействуют |
5 |
Вспомогательные флюсы и соли |
Для промывки ковшей и другого плавильного инструмента |
Таблица 16
Химический состав флюсов, применяемых при плавке магниевых сплавов, в %
Марка или название флюса |
MnCl2 |
KC1 |
ВаС12 |
CaF2 |
Карналит №2 Ви2 Ви3 Фл1 Фл5 Покровный для сплавов с литьем » » системы Mg-Mn |
40 40 38 — 46 34 — 40 25 — 42 15В2Оа 75 — 85 L1C1 |
40 + 5 34 — 40 32 — 40 25 — 36 20 — 36 85Na.B40, 25-15 LiF 23 |
6-9 5-8 - - 4-8 - - 2,5 - |
3 — 10 15—20 13 0,5 — 10 2,5 |
Марка или название флюса |
MnCl2 |
MgO |
NaCl+CaCl2 |
Нераство-римый остаток |
Карналит №2 Ви2 Ви3 Фл1 Фл5
Покровный для сплавов с литьем » » системы Mg-Mn |
- - - - 16MnF2 1-8 MnF2
- - 72 76
|
1,2 1.5 1.5 7-10 40 A1F3 32 MgF2 3—14 AlF3 3-14 MgF2 - - - 11 |
8 8 8 8 - 9
- - - 13CaCl2 |
4 1.5 1.5 1.5 - -
- - - - |
Таблица 17
Физические свойства солей, составляющих флюсы, применяемых для магниевых сплавов и лигатур
Соли |
tпл в 0С |
tисп в 0С |
ρ в г/см3 |
tисп в 0С |
µ в сП |
tисп в 0С |
σ в эрг/см3 |
MgCl2 |
718 |
20 742 817 - |
2,18 1,668 1,650 - |
- 751 808 852 |
- 4,69 4,12 3,69 |
- 733 796 846 |
- 135,8 127,5 121,2 |
NaCl |
816 |
20 814 882 |
2,17 1,541 1.506 |
- 816 850 |
- 1,49 1,20 |
- 800 854 |
- 114,7 110.8 |
КС1 |
768 |
20 772 805 850 900 |
1,99 1,515 1,506 1,480 1,441 |
- 790 810 856 880 |
- 1,42 1,30 1,06 1.01 |
- 756 812 841 880 |
- 97,7 95,0 93,3 90.8 |
BaCI2 |
960 |
20 964 |
3,87 3,057 |
- - |
- - |
- - |
- - |
BaF2 |
1230 |
20 |
4,83 |
- |
- |
- |
- |
CaCl2 |
774 |
780 |
2,06 |
- |
|
- |
- |
CaF2 |
1378 |
1380 |
2,528 |
- |
- |
- |
- |
L1C1 |
603 |
20 |
2,07 |
- |
- |
- |
- |
MgO |
- |
20 |
3.1 |
- |
- |
- |
- |
MgF2 |
1369 |
20 |
2,47 |
- |
- |
- |
- |
MnCl2 |
650 |
20 |
2,98 |
- |
- |
- |
- |
Mg |
650 |
20 650 700 |
1,738 1,575 1,544 |
- - - |
- - - |
- 681 864 |
- 563 502 |
Сплав Мл5 |
430 — 600 |
20 650 700 750 |
1.81 1,656 1,614 1,512 |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
Таблица 18
Неметаллические модификаторы, применяемые при плавке магниевых сплавов
Модификатор |
Формула |
Состав |
Характеристика |
Назначение |
Магнезит |
MgCO, |
42 — 48% MgO. 49 — 51% СО2 и др-е летучие примеси, 0,8-0,9% SiO2, 0,15-0,30% FeO, 0,5—2,6% CaO, до 2% прочих примесей |
Просушить при 150—200°С до влажности не более 1%. Загружают кусками размером 10—25 мм |
Для модифицирования сплавов Мл3, Мл4, Мл4п.ч., Мл5, Мл5п.ч., Мл5о.н., Мл6, Мл7-1 |
Мел |
СаСО, |
Марки А |
Просушить при 150-200°С до влажности не более 1%. Измолоть и просеять через сито с ячейками 0,2-0,5мм |
То же |
Углекислый газ |
СО2 |
- |
Просушить до влажности не более 1 % |
То же |
Гексахлорэтан |
С2С16 |
- |
- |
То же |
Рекомендуемый шихтовой состав литейных магниевых сплавов с учетом среднего угара отдельных компонентов приведен в табл. 18. Ниже как типовой дан расчет шихты сплава Мл8.
Расчет шихты сплава Мл8. Шихтовый состав сплава: 6,1—6,2% Zn; 0,6—0,7% Cd; 0,001 %Ве; на свежие металлы 2% Zr; на возвраты—1%Zr; Mg — остальное. Масса плавки 250 кг.
Плавку ведут из расчета 30% свежих металлов и 70% возвратов.
И
спользуют
возвраты плавок:
1-й (6% Zn, 0,6% Cd) – 100,0 кг;
2-й (6,2% Zn, 0,29% Cd) – 50,0 кг; (175+75)=250 кг
3-й (5,2% Zn, 0,15% Cd) – 25,0 кг.
Свежих материалов потребуется 75 кг, в том числе:
а) цинка
на свежие материалы
;
на возврат плавки 1
;
на возвраты плавки 3
.
Итого: 4,65+0,2+0,25=5,1 кг цинка.
б) кадмия
на свежие материалы
;
на возвраты плавок 2,3
;
.
Итого: 0,45+0,155+0,1125=0,72 кг.
в) лигатуры Mg-Zr (18,7%)
на свежие материалы (следует ввести лигатуры)
,
;
на возвраты
,
.
Итого: 8,02+9,35=17,378 кг.
г) лигатуры Mg-Be (5%)
.
д) магния
75-(5,1+0,72+17,378+0,05)=51,752 кг.
Итого, состав шихты:
Mg – 51,752 кг;
Zn – 5,1 кг;
Cd – 0,72 кг;
лигатуры – Mg-Zn – 17,378 кг;
лигатуры – Mg-Be – 0,050 кг;
возвраты плавок 1 – 100 кг,
2 – 50 кг,
3 – 25 кг.
Итого: 250 кг.
Таблица 19
Рекомендуемый шихтовой состав литейных магниевых сплавов
Сплав |
Основные компоненты в % (Mg — остальное) |
Zr |
|||||
А1« |
Zn |
Мn |
Прочие |
Be4 |
на свежие материалы |
на возвраты |
|
Мл2 Мл3 Мл4 Мл4п.ч. Мл5 Мл5п.ч. Мл5о.н. Мл6 Мл7-1 Мл8 Мл9 Мл10 Мл11 Мл12 Мл15 |
- 3 6
8-8,7 8-8,7 8-8,7 9.6 6 - - - - - 2 |
- 1.2 2.5
0,5 0,5 0,5 0,9 0,5 6,1-6,2 - 0,5 0,5 4,5 4,5 |
2.0 0,4 0.4
0,4 0,5 0.5 0,3 0,5 - - - - - - |
- - - - - - - - 0,5 Са2 0,6 Cd 0,5 In 2,6 Nd2
3,5 - 0.9 La |
- 0,001 0,0015 0,001 0,0015 0,001 0.0015 0,001 0,001 0.0015 - 0,001 0,001 0.001 0.001 |
- - - - - - - - - 1,8- 2 1,5 1,5 1.5 1,8-2 1.8—2 |
- - - - - - - - - 1-1,2 0,7-1 0.7-1 0,7-1 1 — 1,2 1 — 1,2 |
1 Содержание алюминия в сплаве Мл5 рекомендуется принимать для тонкостенного литья по верхнему пределу, для толстостенного - по нижнему.
2 При приготовлении сплава Мл7-1 следует учитывать потерю кальция при переплавке. Добавка кальция производится из расчета 0,4—0,5% на предварительный сплав и 0,3% на возврат.
3 Для компенсации потерь редкоземельных металлов при переплаве возврата следует подшихтовывать 10% неодима в сплавах Мл9 и Мл10, 15% мишметалла в сплаве Мл11 и 15% лантана в сплаве Мл15 (от расчетного количества).
4Бериллий вводится для снижения окисляемости. если его присадка оговаривается в методике плавки данного сплава.