4.2.3. Рафинирование магниевых сплавов
После расплавления металл насыщается водородом, содержит много взвешенных неметаллических включений. Для получения качественных отливок расплав необходимо рафинировать.
Самый простой способ отделения неметаллических включений - отстаивание. Чем выше температура и длительнее выдержка, тем больше всплывает (ρвкл<ρсплава) или оседает (ρвкл>ρсплава). неметаллических включений. Но этот способ малоэффективен, особенно при отделении мелких включений, требует больших затрат времени, снижает производительность печи.
Общепринятым способом очистки магниевых сплавов является обработка расплава флюсами. В основе очистки лежит процесс адсорбции включений жидкими солями. Чем больше величина поверхности контакта металла с флюсом и меньше межфазное натяжение на границе металл - флюс, тем эффективнее очистка. При рафинировании подогревают расплав до 700-720 °С, удаляют покровный флюс и вводят в сплав бериллий (0,001-0,002 % от массы сплава) или реже кальций (0,05 %), для защиты сплава от окисления и загорания. На поверхность насыпают порцию свежего рафинирующего флюса (ВИ2, ВИЗ и др.) в количестве I % от массы сплава и замешивают его на 2/3 глубины тигля плавными движениями ложки-шумовки. При замешивании периодически подсыпают свежий флюс.
В производственных условиях принят следующий режим рафинирования: замешивание флюса при 700 - 720 °С в течение 5 – 6 мин, снятие использованного флюса и нанесение свежего, нагрев сплава до 750 -780 °С и отстаивание 10 - 15 мин. Рафинирование считается законченным, когда поверхность расплава приобретает зеркальный блеск. Степень очистки от неметаллических включений контролируют по излому. Черные пятна указывают на присутствие оксидов магния, флюсовые включения имеют серый цвет (рис. 23)
а б
Рис.23. Дефекты в изломе отливок из магниевых сплавов: а – черные пятна оксидов магния, б – серые пятна флюсовых включений
При обработке флюсами наблюдается частичная дегазация расплава. Более полное удаление водорода достигается при продувке магниевых расплавов аргоном, гелием, азотом, хлором или смесью гелия с хлоридами. При продувке азотом температура не должна превышать 685 °С, чтобы не происходило насыщения сплава нитридами. Обработку гелием, аргоном или хлором ведут при 740-760 °С. Длительность продувки - от 15 до 30 мин в зависимости от глубины ванны. Расход газа 0,3-0,5 м3 на тонну расплава.
Для увеличения полноты очистки расплава от неметаллических включений при разливке магниевых сплавов необходимо проводить фильтрацию через механические или активные фильтры. Чаще применяют зернистые фильтры из магнезита или графита. Хорошие результаты достигаются и при пропускании сплава через жидкие флюсы.
Для оценки качества рафинирования в графитовых изложницах с пережимом (рис.24) отливают технологические пробы и подсчитывают количество включений в изломе
Рис. 24. Изложница для отливки пробы на излом
При плавке в стальных тиглях и при контакте с плавильным инструментом сплавы насыщаются железом, снижающим коррозионную стойкость сплавов. Железо из магниевых сплавов можно удалять присадками марганца, циркония или церия, вводимыми при 800-850 °С. Последующая выдержка расплава в течение 20-30 мин при 700 °С сопровождается кристаллизацией тугоплавких интерметаллидов, обогащенных железом, и оседанием их на дно тигля.