Современные процессы легирования цирконием

24.01.2017

Лигатуры, приготовленные из хлористых и фтористых солей, содержат не более 5—6% Zr Несмотря на то что процессы легирования с восстановлением циркония из соли позволяют утилизировать на 5—6% меньше металла, чем процессы с применением лигатур, главным образом вследствие замешивания металла в значительный солевой остаток, легирующие соли фирмы MEL выдерживали конкуренцию других промышленных тегирующих агентов более 12 лет (1947—1959 гг.). В течение этого периода времени лигатурную соль применяли практически на всех предприятиях Англии и других европейских стран и в постепенно растущем объеме в США. После того как фирма MEL заменила лигатурную соль лигатурой Zirmax (рис. 14, 15), широкое распространение получили два вида легирующего циркониевого материала — лигатуры на основе фторидов и хлоридов Лигатуры содержат цирконий, масса которого составляет примерно 1/3 массы лигатур, и до 10% солей. Таким образом, они по существу аналогичны, за исключением природы присутствующих солей. В лигатуре на основе фторида остаток соли стремится собраться в меньшее количество более крупных включений, чем в хлоридной лигатуре, где хлориды часто выходят на поверхность. Кроме того, солевая фаза во втором случае более гигроскопична, чем во фторидной лигатуре. Поэтому фторидная лигатура лучше хранится.
Современные процессы легирования цирконием
Современные процессы легирования цирконием

О явлении остаточного хлоридного загрязнения металла, легированного хлористыми солями, не утяжеленных ВаСl2 уже говорилось. При применении хлоридной лигатуры наблюдается, хотя и в меньшей степени, такое же явление, а крупных включений меньше, чем при применении непосредственно смесей хлор-цирконатных солей.
При легировании цирконием необходимо всегда иметь в виду следующее:
а) остерегаться случайного загрязнения скрапом, содержащим алюминий;
б) о содержании циркония в литейных сплавах следует судить по виду излома испытываемых образцов (или по фактически сосчитанному числу зерен на нем), а не по химическому анализу металла;
в) более тщательно готовить плавки к разливке, чем сплавы, содержащие алюминий;
г) из-за присутствия свободных нерастворимых частиц циркония с хлоридом в осадке на дне тигля оставлять неразлитой 1/5—1/10 часть плавки (этот остаток можно разлить в слиток и добавлять затем в другие плавки с цирконием);
д) применять тяжелые флюсы.
Указания, приведенные ниже, в равной степени относятся к лигатурам на фторидной или хлоридной основах (дополнительные предосторожности для плавок, содержащих редкоземельные металлы или торий, приведены в следующем разделе):
а) использовать процесс Электрон, применяя флюс Melrasal HE. Для плавок большой массы или мелкого скрапа использовать тяжелые жидкие флюсы. Когда шихта начинает плавиться, загрузить на шихту соответствующее количество лигатуры Zirmax. Для полного содержания циркония в отливках необходимо присадить Zirmax в количество 7% при пуске на чистом магнии и 4—5% при смешанной шихте, содержащей скрап. Для деформируемых сплавов достаточным является 4% при чистом магнии и 3% при существенной доле скрапа.
При загрузке в тигель литников и литниковых каналов, содержащих перфорированные металлические сита, удалить последние при расплавлении металла и затем добавить предварительно нагретую лигатуру;
б) довести температуру металла примерно до 780° С и перемешать (см. ниже) его за 80 ходов ручной мешалки или в течение трех минут с помощью механической мешалки, лопасти которой можно опустить до дна плавки
Для предотвращения окисления слегка присыпать флюсом поверхность металла;
в) осторожно отвести флюсовое покрытие, наполнить металлом нагретый ковш, восстановить покрытие и отлить пруток диаметром 25 мм (для экономии времени его можно охладить водой вскоре после затвердения). Сделать надрез пилой примерно на 1/3 диаметра прутка минимум на расстоянии 40 мм от донной части и проверить поверхность излома в центре прутка. Если по виду излома трудно решить вопрос о готовности плавки к разливке, следует сравнить данный излом с изломами прутков с эффективным содержанием циркония или металлографически проверить величину зерна. Вид излома при приемлемом уровне содержания циркония незначительно изменяется для различных сплавов: так, изломы сплава Mg—Zn имеют исключительно тонкие текстуры и часто «сахарную» структуру;
г) при удовлетворительной величине зерна очистить внутреннюю часть тигля со стороны разливки и носка до уровня металла и затем срезать флюс, приставший к стенке тигля пол разливочным носком, над и непосредственно под зеркалом металла. После оголения поверхности металл присыпать флюсом и нанести на расплав достаточно толстое равномерное покрытие. После десятиминутной выдержки для плавления и легкого подсыхания флюсового покрытия плавка готова к разливке.
Замешивание лигатур способствует улучшению контакта с магнием. Для этой цели требуется значительно меньшая сноровка, чем для замешивания лигатурной соли, которая к началу процесса перемешивания имеет консистенцию холодного сливочного масла. Тем не менее способ замешивания лигатурной соли является лучшим также при легировании лигатурой.
Двухтонные плавки должны перемешиваться вращающейся механической мешалкой, что не связано с какими-либо проблемами. Лопасти мешалки должны быть опущены до дна тигля.
Современные процессы легирования цирконием

В плавке массой 230—360 кг при достаточной высоте над полом можно применять инструмент, имеющий форму лопасти (рис. 16, а). При перемешивании его устанавливают как рычаг на край тигля. При этом следует следить за тем, чтобы не оставалось неперемешанного флюса на стенках и дне тигля. Аналогичным инструментом можно пользоваться для перемешивания меньших плавок в глубоких тиглях. Для плавки до 180 кг мешалкой может служить небольшая перфорированная пластина на конце толстого прутка (см. рис. 16,в). При каждом движении инструмент опускается вниз на дно около дальней стенки тигля, протаскивается по дну и поднимается наполовину высоты тигля. Процесс повторяется циклически. При этом верхний конец инструмента описывает окружность в вертикальной плоскости. Инструмент при перемешивании должен все время оставаться в вертикальном положении и достигать всех частей дна тигля. Перемешивание рекомендуемым способом обеспечивает полное растворение лигатуры и лишь небольшое движение на поверхности металла, в связи с чем в ходе процесса требуется небольшая добавка флюса. Непрерывная турбулентность поверхности металла с нарушением флюсового покрытия является результатом неумелого перемешивания
Некоторые фирмы в США предпочитают вводить лигатуры в расплавленный металл, применяя перфорированные ко робки, после чего плавку подвергают легкому перемешиванию.
При неудовлетворительном изломе плавка дополнительно перемешивается за 20 ходов. Если и после этого излом остается неудовлетворительным, добавляют 1—2% лигатуры и перемешивают плавку, например, за 30 ходов (лигатуру следует на греть почти докрасна и медленно опустить в расплав в горячем черпаке). Если после существенной добавки лигатуры (например, 8% вместо 5%) излом почти не улучшается, можно подозревать загрязнение алюминием. В таких случаях лучше всего слить плавку в отдельный горячий тигель и обработать свежей лигатурой. После отделения плавки от легирующего остатка, содержащего осажденные частицы Zr—Al, происходит быстрое измельчение зерна (сильное загрязнение плавки алюминием ясно различимо уже по грубому первому излому).