Способ модифицирования магниевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано при производстве магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец.

В промышленности наибольшее применение получил способ модифицирования (получение мелкозернистой структуры) введением в расплав углекислых солей, в частности, магнезита. Модифицирование магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец осуществляют введением магнезита, измельченного до размера 10-25 мм, в количестве 0,3-0,4% от веса расплава при температуре 720-730°C в течение 8-12 мин до прекращения выделения углекислого газа (М.Б. Альтман, А.А. Лебедев, М.В. Чухров. Плавка и литье легких сплавов. М. Металлургия, 1969. С.350). Недостатком модифицирования магнезитом является возможность загрязнения расплава примесями из магнезита и насыщения водородом. Кроме того, при загрязнении сплава цирконием этот метод неэффективен.

Известен способ обработки сплава системы магний-цинк-РЗМ-марганец введением в расплав железа из цинковожелезной лигатуры, содержащей 7% железа. Хлорное железо, введенное в расплав при температуре 750-770°C в количестве 0,5-1% от его веса, также способствует измельчению зерна магниевых сплавов (М.Б. Альтман, и др. Магниевые сплавы. Справочник Т. 2. М. Металлургия, 1978. С. 33). Недостатком модифицирования железом (хлорным железом) является некоторое понижение коррозионной стойкости.

Известен способ обработки магниевых сплавов, загрязненных цирконием, включающий введение железа в расплав и последующую его обработку магнезитом. Железо вводится в расплав в количестве 0,5% от веса расплава из лигатуры алюминий-железо, затем обрабатывают расплав магнезитом (а.с. №540935, МПК C22C 23/02, опубл. 30.12.1976 г.). Недостатком указанного способа является возможность загрязнения сплава железом и снижение коррозионной стойкости. Кроме того, способ не применим для модифицирования сплавов повышенной чистоты.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ модифицирования магниевых сплавов, включающий введение железа в расплав в количестве 0,005-0,015 от массы расплава, причем за 3-6 мин перед введением железа в расплав вводят титан при соотношении титана к железу в пределах 0,6-0,7 по массе (а.с. №1153563, МПК C22C 21/06, опубл. 10.10.2015 г.). Недостатком способа является сложность соблюдения в производственных условиях правильного временного режима и соотношения вводимых компонентов в указанных пределах без учета примесей, содержащихся в сплаве, что в свою очередь может привести к браку по химическому составу и структуре сплава.

Технической задачей и техническим результатом заявленного способа является повышение чистоты магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец по содержанию примесей, повышение прочностных и коррозионных характеристик, а также выхода годного за счет исправления структуры сплава, загрязненного примесью циркония, за счет снижения (или устранения) окисляемости расплава (вследствие образования плотной защитной пленки) и удаления из него водорода, повышения чистоты сплава по металлическим примесям и неметаллическим включениям, коррозионной стойкости и механических свойств (вследствие уменьшения количества неметаллических шлаковых включений и устранения влияния циркония на формирование мелкозернистой структуры сплава).

Технический результат достигается путем введения железа в расплав сплава и обработки расплава магнезитом, при этом в расплав вводят железо в количестве 0,005-0,015% от массы расплава при соотношении железа к содержащейся в сплаве примеси циркония 0,25-2,5 и при температуре 720-750°C проводят модифицирование магнезитом в количестве 0,3-0,4% от веса расплава, причем перед вводом железа в расплав вводят кальций в количестве 0,05-0,15% от веса расплава при температуре 770-780°C.

Ввод кальция в количестве 0,05-0,15% от веса расплава при температуре 770-780°C и выдержка не менее 10 мин позволяет защитить расплав от окисления в течение всего процесса модифицировании и связать присутствующий в нем водород в устойчивый гидрид и тем самым исключить образование микрорыхлоты в отливках.

Введение лигатуры алюминий-железо (5-10% Fe) (т.е. введение железа в количестве 0,005-0,015%) при соотношении железа к содержащейся в сплаве примеси циркония 0,25-2,5 позволяет устранить влияние циркония на формирование мелкозернистой структуры.

После выдержки расплава в течение 10-20 мин с целью более полного растворения железа в расплаве температуру расплава снижают до 720-750°C, создавая условия, необходимые для ликвации нерастворимых в магнии соединений железа и гидридов, и проводят модифицирование магнезитом в количестве 0,3-0,4% от веса расплава, что позволяет при сбалансированном, таким образом, химическом составе сплава по основным компонентам и примесям получать в отливках мелкозернистую структуру без неметаллических шлаковых включений и высокий уровень механических и коррозионных свойств.

Заявляемый способ модифицирования может быть использован при плавке сплавов системы Mg-Al-Zn-Mn: МЛ5, МЛ5пч, ВМЛ18 только в том случае, если по результату спектрального анализа наблюдается превышение содержания в сплаве циркония свыше 0,002%. Тогда перед процессом модифицирования при температуре 770-780°C в сплав вводят кальций и железо в количестве 0,05-0,15% и 0,005-0,15% соответственно от веса расплава с интервалом введения не менее 10 мин. При температуре 720-750°C сплав модифицируют магнезитом. Отливки сплавов системы Mg-Al-Zn-Mn, полученные с использованием предлагаемого способа, по механическим, коррозионным свойствам и чистоте удовлетворяют действующим техническим условиям. Флюсовая коррозия отсутствует. В таблице 1 приведены контрольные примеры, подтверждающие оптимальность заявляемого способа по сравнению с прототипом. Составы, приведенные в таблице, получены по технологии, изложенной в описании.

Заявленный способ является эффективным при устранении негативного влияния примеси циркония, обеспечивает возможность проведения модифицирования сплава с целью повышения качества литья: уменьшает содержание в сплаве водорода, тем самым снижая возможность образования микрорыхлоты, позволяет получить мелкозернистую структуру сплава и стабильные механические свойства.