Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf

О с о б е н н о с т и к р и с т а л л и з а ц и и

Была изучена структура рафинированного магния Мг и сплава МГС1.

Темплеты отрезали от слитков, шлифовали и протрав­ ливали 15%-ным водным раствором азотной кислоты.

Рис. 48. Макроструктура поперечного (а) и продольного (Ь ) сечения слитков рафинированного магния н сплава МГС1 (б)

Для выявления дендритной структуры макрошлиф до­ полнительно травили 5%-ным раствором щавелевой кис­ лоты.

Последовательность роста кристаллов можно просле­ дить на рис. 48, а. От днища и стенок изложницы, нор­

138

мально к поверхности теплоотвода, как правило, начина­ ют расти столбчатые кристаллы, прорастающие почти на всю высоту слитка.

Образование зазора снизу и с боков меняет картину: наибольшую скорость роста приобретают кристаллы, ра­ стущие от участков контакта в углах слитка.

Кристаллы, растущие от днища и с боков, образуют зону стыка и в связи с меньшим теплоотводом вверх, что обусловливает расположение «мешка» жидкого металла в конце затвердевания под самой поверхностной короч­ кой, боковые кристаллы изменяют направление роста.

Подобная картина кристаллизации наблюдается так­ же при рассмотрении продольного темплета ("рис. 48).

Особенность макроструктуры магния и сплавов, от­ литых на конвейере, ■— наличие «дождя» дендрптов, об­ разующихся на открытой поверхности слитка и падающих в жидкость до момента образования верхней корочки.

На рис. 48, а и б изображена макроструктура по­ перечного сечения слитков рафинированного магния и сплава МГС1, отлитых на конвейере в одинаковых усло­ виях.

Наблюдения показывают, что по сравнению со струк­ турой магния верхняя корочка сплава имеет более тон­ кую разветвленную структуру.

Основное поле слитка магния (рис. 48,а) состоит из столбчатых кристаллов с расположенными на расстоя­ нии 2/3 от верха слитка одиночными мелкими дендрита­ ми. Последние находятся обычно в основании зерна, ра­ стущего вверх.

В сплаве (рис. 48, б) наблюдается очень интенсивное образование дендрптов на открытой поверхности слитка и их падение в виде дождя. Явно выраженная зона круп­ ных округлых дезориентированных дендрптов распола­ гается в центре слитка и имеет овальную форму, опре­ деляемую различной длительностью наличия жидкой фа­ зы в разных частях слитка. В связи с этим в центре денд­ риты успели упасть глубже, чем сбоку слитка. Следует отметить идентичность строения верхней корочки и упав­ ших дендрптов, что подтверждает образование дендритов на открытой поверхности.

При сравнении макроструктуры слитков, отлитых на конвейере при неизбежном колебании жидкого металла в изложнице и иногда сильных толчках (рис. 48, а ) со слитками, отлитыми в отдельную стационарную излож-

139

і-шцу, выявлено следующее (о характере разливки мож­ но судить по виду краев слитка — при конвейерной раз­ ливке края острые).

1. В слитке магния, отлитом в стационарную излож­ ницу, дендритов ни в корочке, ни в основном поле не об­ наружено. Кристаллы везде столбчатые крупные. При конвейерной разливке видны одиночные упавшие денд­ риты; вся структура несколько тоньше (рис. 48, а).

2.В слитке сплава при литье в стационарную излож­ ницу верхняя корочка имеет очень тонкую разветвлен­ ную структуру, однако упавших кристаллов очень мало

иони мелки. Структура сплава, отлитого на конвейере, рассмотрена выше (рис. 48, б ) .

3.Предполагалось, что значительные изменения ст­ руктуры возникают при снятии пленки с поверхности слитка. Однако эта операция не оказывает большого вли­ яния ни на количество, ни на глубину падения дендритов. Следует отметить лишь плохую травимость неснятой

окисной пленки.

Таким образом, при исследовании кристаллизации магния и сплава, разливаемых на конвейере, выявлено следующее:

1)характер строения верхней корочки различных ме­ таллов неодинаков: у сплава корочка имеет более развет­ вленную дендритную структуру;

2)при разливке на конвейере, сопровождающейся

сотрясением жидкого металла, происходит падение денд­ ритов, образующихся на открытой поверхности слитка, причем у сплава падение более интенсивное, чем у чисто­ го магния;

3)при разливке в неподвижную изложницу у сплава наблюдается падение одиночных мелких дендритов, у чи­ стого магния мелких дендритов нет;

4)операция по снятию пленки практически не влияет

на интенсивность «дождя» дендритов.

2. ОСОБЕННОСТИ КОНВЕЙЕРНОЙ РАЗЛИВКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Как мы указывали ранее, магниевые сплавы двух си­ стем Mg — Mn и Mg — Al — Zn — Mn выпускают в чуш­ ках.

Разливка магниевых сплавов в отличие от разливки чушек магния имеет существенные особенности метал­ лургического характера.

140

Сплавы системы Mg — Al — Zn —Mn, наиболее упот­ ребляемые для изготовления отливок, имеют широкий интервал кристаллизации. Так, температура ликвидуса и солидуса сплава МЛ4 составляет соответственно 610 и 400° С [1], т. е. интервал кристаллизации сплава 210°С. Поэтому необходимо охлаждать чушку сплава в излож­ нице до более низкой температуры, чем чушку магния, во избежание вытекания жидкой фазы при извлечении

также из-за большей горячеломкости отливок из этого сплава, поскольку при выпадении из изложницы конвей­ ера на приемный лоток чушка может разрушиться. Это осложняет условия разливки сплавов и требует предва­ рительных технологических и теплотехнических исследо­ ваний.

Основной целью нашего исследования было установ­ ление технологического режима работы литейного кон­ вейера, при котором бы обеспечивалось затвердевание сплава и охлаждение чушки до нужной температуры и нормальная тепловая работа изложниц.

Анализ статей расхода и прихода тепла при состав­ лении баланса слитка и изложницы (табл. 34) показал, что при литье сплавов с большим интервалом кристалли­ зации изложница испытывает большие тепловые удары,

141

продолжительность нахождения слитка сплава в излож­ нице в два раза больше, чем слитка магния, при этом ос­ новная часть тепла аккумулируется изложницей. Это ве­ дет к необходимости более интенсивного охлаждения из­ ложницы водой для снятия аккумулированного ею тепла.

Таким образом, изложницы для отливки сплавов с широким интервалом кристаллизации будут работать в более жестких тепловых условиях, чем при литье магния.

Проведенные исследования на основании балансов и данных, полученных при снятии температурных полей из­ ложницы и слитка, позволили рекомендовать следующий технологический режим литья чушек на конвейере:

Полученные теплотехнические и технологические пока­ затели могут быть взяты за основу и при разливке про­ текторов или других изделий ■на конвейере из сплавов магния системы Mg — Al — Zn — Mn.

Г л а в а IX

НОВОЕ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1. ПРОИЗВОДСТВО ПРОТЕКТОРОВ

Критериями, определяющими эффективность и прак­ тическую применимость протекторных и, в частности, магниевых сплавов, являются: высокий и стабильный электроотрицательный потенциал; высокий и стабильный выход по току; невысокая стоимость и недефицитность компонентов протекторных сплавов; простота технологии изготовления и удовлетворительные механические свой­ ства.

142

Применение магниевых протекторов для защиты под­ водной части корпусов судов известно с 1954 г. Однако широкому их применению препятствовали специфические свойства магния.

Магний имеет повышенную склонность к самораст­ ворению, которая возрастает даже при незначительном количестве примесей, особенно примесей более электро­ положительных металлов. Как указано в работе [90] на­ иболее сильное влияние на скорость саморастворения магния оказывают железо, никель, кобальт и медь, мень­ шее — кадмий, марганец, натрий, кремний, цинк, алюми­ ний, свинец, кальций и серебро. Примесь, заряженная положительно, образует с магнием гальваническую пару,

врезультате чего происходит его саморастворение.

Вуказанной работе дан глубокий анализ анодного поведения магниевых сплавов. Авторы провели исследо­ вания по установлению оптимального состава и электро­ химических характеристик магниевых сплавов. Они изучали литейные и деформируемые магниевые сплавы систем Mg — Mn и Mg — Al — Zn — Mn.

Врезультате лучшим из известных магниевых протек­ торных материалов оказался сплав марки МЛ4 высокой чистоты с содержанием легирующих компонентов, %-.

5—7 А1; 2—3 Zn; 0,15—0,5 Mn и примесей не более, %: 0,0035 Fe; 0,005 Cu; 0,001 Ni.

Сплав этой же системы, но с несколько иным содер­ жанием алюминия (7,5—9,0%) признан наиболее прием­ лемым для изготовления протекторов, защищающих от подземной коррозии магистральные трубопроводы [91].

В табл. 35 дан химический состав магниевых сплавов, применяемых для изготовления протекторов.

Т а б л и ц а 35

Химический состав магниевых протекторных сплавов, % (по массе)

* Остальное — Mg.

143