Удаление железа марганцем

24.01.2017

Растворимость железа в чистом магнии при 750° С составляет около 0,03%, электролитический металл обычно содержит примерно это количество железа. При присадке нормального количества марганца для приготовления двойного сплава АМ503 (Mg 1,5% Mn) происходит относительно малое снижение содержания железа и даже после периода осаждения характерно содержание железа около 0,1%. В исходный термический металл может попасть значительное количество железа из стального тигля, из промышленного MgCl2 и т.п., и его содержание может составить около 0,05%.
С другой стороны, добавки марганца к таким Mg—Al сплавами, как А8 (Mg — 8% Al — 0,4% Zn — 025% Mn), в совокупности с периодом осаждения позволяют со снижением температуры достичь содержания железа значительно меньше 0.005%. Интерес к сплавам с содержанием железа около 0,002% возник в связи с работой Ханеволта, Нельсона и Пелобита, изучавших влияние загрязнении на сопротивление коррозии В связи с этим проделана значительная работа по определению наиболее эффективных методов удаления железа марганцем при приготовлении сплавов в обычных стальных тиглях.
Фокс, Бушрод и Мейер и Дойл описали методика осаждения: первые для сплава AS, приготавливаемого в двухтонном тигле, и второй — для сплавов AZG и А8 в тиглях емкостью 14—28 кг. При легировании марганцем (вводимым в виде MnCl2) при 740—760° С, нагреве до 900° С и медленном охлаждении до температуры литья (около 650° С) Фокс, Бушрод и Мейер обнаружили, что содержание железа, по крайней мере, в половине разливаемой плавки не превышает 0,002% Наибольший выход металла с малым содержанием железа получали при высокой доле скрапа или при двойном процессе осаждения. Эти исследователи не смогли достичь удовлетворительного удаления железа в тигле емкостью 14—28 кг и содержания железа менее 0,008% в сплаве АМ503 (Mg—1,5% Mn) даже в двух тонном тигле. Дойл применял графитовую обмазку тигля, добавлял сначала марганец (в виде MnCl2) при 800° С, а затем алюминий и цинк, после чего медленно охлаждал плавку до 650° С. Около 75% металла разливали в слиток, содержавший 0,0004—0,0013% железа, остальная часть плавки оставалась в виде металлического отстоя. Алюминий в большой степени снизил растворимость марганца в расплавленном магнии и поэтому этот отстой в основном состоял из плотной суспензии осажденных частиц Mn—Al в жидком сплаве.
Много ценного относительно удаления железа имеется в патенте Ханеволта, Нельсона и Холдемена (Dow Chemical Co), которые излагают основные положения, влияющие на качество плавки:
а) в плавку следует вводить количество марганца, достаточное для полного или почти полного насыщения плавки, так как только таким путем можно снизить растворимость железа в сплаве до желаемого низкого уровня;
б) осаждение не обязательно проводить со снижением температуры.
Оно может осуществляться при постоянной температуре, которая ниже температуры легирования на некоторую величину. При температуре осаждения плавка должна быть полностью насыщена марганцем;
в) чем ниже температура осаждения относительно температуры легирования, тем больше отстой на дне плавки обогащен марганцем и тем меньше выход металла.
Используя эти положения, можно приготовить сплавы А8. AZ31 и даже АМ503 с содержанием железа ниже 0,002% как в больших, так и в средних тиглях. Низкое содержание железа, которое можно получить таким путем, иллюстрируется табл. 15.
Удаление железа марганцем

В то время как метод Дойла следует рекомендации Бека и Шпиталера о добавлении марганца перед алюминием, более экономичным является обратный процесс, при котором первым добавляется алюминий; при этом для насыщения плавки требуется меньше марганца. Однако время осаждения при этом может быть более длительным, так как при добавлении алюминия за марганцем образуется град относительно крупных частиц Al—Mn, уносящих, вероятно, с собой более мелкие частицы железа.
Для некоторых целей, например для литья под давлением, желательно поддерживать содержание остаточного марганца в сплаве высокой чистоты на низком уровне. Это обычно можно сделать с помощью соответствующей температуры легирования и осаждения; железо может быть удалено и каким-либо другим путем, например высаживанием цирконием. Для деформируемого металла избыток частиц, обогащенных марганцем, может быть нежелательным и требует контроля, например, с помощью фильтрации.