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

личеншо продолжительности плавки, а при охлаждении сплава — к большим потерям легирующих. Поэтому марганец вводили в виде лигатуры МГС1 высокой чи­ стоты с содержанием 1,8—2,5% Мп.

Высокая температура сплава неприемлема и в связи с введением в сплав кадмия, температура кипения кото­ рого составляет 767° С.

Таким образом, наиболее правильным является вве­ дение всех легирующих компонентов при температуре, на 30—50 град превышающей температуру плавления маг­ ния, при этом к минимуму следует стремиться при введе­ нии лития.

Учитывая описанное выше, была принята определен­ ная последовательность технологических операций: в пу­ стой тигель, продуваемый аргоном, загружали навеску магния, в который после его расплавления и нагрева до 700° С (в течение 4—5 ч) загружали чушковой сплав МГС1 высокой чистоты; это приводило к снижению тем­

С учетом расплавления магния продолжительность при­ готовления сплава составляет 9—10 ч. Разливку сплава производили при 700—710° С.

Приготовленный в тигле сплав с помощью кондукционного электромагнитного насоса открытого типа КЭН транспортировали при температуре 670—690° С на рас­ стояние 3 м по стальному металлопроводу и заливали в водоохлаждаемую изложницу.

Слитки отливали в круглые и плоские водоохлаждае­ мые изложницы. При этом получали слитки следующих размеров: круглые диаметром 360 мм, длиной 1000 мм, массой 160 кг; плоские 770X500X150 мм, массой 80 кг. Плоские слитки получали при расположении изложницы на «плоскость» и на «ребро».

Чтобы предотвратить горение сплава, в изложницу перед его заливкой и во время нее подавали аргон. Про­ должительность заполнения изложниц сплавом при литье различных слитков изменяли следующим образом: при литье круглых слитков от 2,5 до 10 мин, плоских — от 1,5 до 14 мин.

После заливки в изложницу основной массы сплава отключали насос на несколько секунд, а затем подавали

156

сплав вновь, восполняя усадку слитка. Тем не менее слитки имели достаточно большую усадочную раковину, глубина которой достигала 100 мм. На отдельных участ­ ках поверхности слитков наблюдали различные дефекты: неслитины, горелость и пр. Причиной этого были, веро­ ятно, недостаточная скорость заливки металла и малый расход аргона.

4. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ЛИТЬЕ МАГНИЕВОРТУТНЫХ СПЛАВОВ

Развитие различных отраслей техники потребовало создания химических источников тока, использующих в качестве анодных материалов такие, которые обладают достаточно отрицательным электродным потенциалом и малой поляризуемостью под токовой нагрузкой. Опреде­ ленный интерес с этой точки зрения представляют маг­ ниевые сплавы, содержащие ртуть [14].

П о л у ч е н и е с п л а в а M g — H g в г е р м е т и ч н о м р е а к т о р е

13,55 г/см3;

4)низкая температура кипения ртути (350,7° С), что предопределяло газообразное ее состояние к моменту полного расплавления магния;

5)высокая токсичность ртути в жидком и газообраз­

ном состояниях и отсутствие данных о токсичности маг­ ниевортутных сплавов в твердом состоянии.

Диаграмму состояния Mg—Hg изучали многие иссле­ дователи.

На рис. 53 показана диаграмма по Эмли [95]. Диаг­ рамма условно разбита нами на шесть областей. В I об­ ласти сплавы находятся в жидком состоянии; II — об­ ласть — смесь жидкости с кристаллами твердого раствора химического соединения Mg3Hg в магнии (раствор а ); в III области — смесь жидкости с кристаллами эвтектики химического соединения Mg3Hg.

157

В IV области сплавы находятся в состоянии одно­ родного твердого раствора а. Следует отметить, что точ­ ное положение солидуса и левой границы эвтектической горизонтали не определено. Некоторыми исследователя­ ми эта граница не показана даже символически. В то же время этот вопрос имеет важное значение для получе­ ния сплавов с определенными свойствами.

С о д е р ж а н и е Hg, % ( п о м а с с е )

твердого раствора и эвтектики.

Область VI объединена нами в одну и представляет собой смесь кристаллов химических соединений MgaHg, MgsHg2, Mg2Hg, Mg5Hg3, MgHg, MgHg2.

На основании анализа диаграммы состояния можно сделать следующие выводы.

1. Диаграмма состояния системы Mg—Hg, несмотр на трудности ее построения, достаточно хорошо и под­ робно изучена и может быть с полной надежностью ис­ пользована при объяснении механизма взаимодействия компонентов и свойств получаемых сплавов.

158

снижалось. Подготовленный таким образом реактор устанавливали в шахтную печь сопротивления и нагре­ вали до 700—720° С (температуру стенки реактора заме­

159

ряли в трех точках по его высоте зачекаиенными термо­ парами). За этот период давление в реакторе поднима­ лось до 5—10 ат.

При нормальном течении процесса, когда давление не превышало 5 ат, при 720° С сплав в реакторе переме­ шивали, наклоняя его в одной плоскости от вертикаль­ ного положения до горизонтального в одну сторону

с определенной скоростью и частотой. Затем реактор опускали в воду с определенной скоростью. После охлаждения реактора, его вакуумирования и выпрессов- кег слитка из реактора отбирали пробы на содержание ртути.

На рис. 55 показана технологическая схема получе­ ния слитков сплава Mg—Hg.

Проведенные нами исследования показали принципи­ альную в о з м о ж н о с т ь получения магнневортутного спла­ ва с однородным содержанием ртути в слитке и позво­ лили наметить основные положения технологического процесса.

1. Содержание ртути в сплаве должно полностью со ответствовать количеству зашихтованной ртути, что бу­ дет свидетельствовать о хорошем ее использовании.

160

2. Для предотвращения возникновения высокого дав­ ления в реакторе во время нагрева слитка собранный и испытанный реактор со слитком должен быть предва­ рительно выдержан в течение суток при комнатной тем­ пературе.

3.Для получения равномерного и однородного рас­ пределения ртути сплав необходимо перемешивать.

4.Об окончании взаимодействия ртути с магнием нужно судить по снижению избыточного давления в ре­ акторе до нуля; максимальное давление возможно при температуре 490—600° С.

5. Для получения слитка без усадочных раковин и трещин охлаждение слитка с реактором следует осу­ ществлять методом направленной кристаллизации с при­ мерной скоростью опускания реактора в воду 2,5— 5,0 см/мин.

В з а и м о д е й с т в и е м а г н и я с о р т у т ь ю

Для уточнения процесса взаимодействия магния с ртутью нами была проведена серия опытов по следую­ щей методике. Магниевую заготовку отливали, обтачи­ вали с поверхности на глубину 1—1,5 мм, отрезали лит­ ник и донник. В одном торце просверливали глухое от­ верстие диаметром 26 мм, глубиной 130—150 мм, затем заготовку взвешивали. В отверстие закладывали магние­ вую стружку и заливали ртуть. Отверстие плотно закры­ вали магниевой пробкой. Заготовку помещали в герме­ тичный реактор, в котором и проводили процесс.

Слитки со ртутью перед нагревом выдерживали при комнатной температуре в течение 24 ч. Затем нагревали с реактором до заданной температуры и выдерживали при ней в течение 1 ч.

Заданные значения температур отвечали наиболее характерным точкам диаграммы состояния Mg—Hg, °С: 20; 170; 450; 500; 570; 630; 650; 710. При каждой темпе­ ратуре выполняли по три опыта.

После выдержки реактор помещали в бак, который снизу в течение 20—40 мин заполняли водой. Охлажден­ ный до комнатной температуры реактор извлекали из бака, разгерметизировали и извлекали слиток.

- Чтобы установить процесс взаимодействия магния со ртутью при различных температурах, каждый слиток разрезали вдоль по всей высоте, выдерживали 10 суток

в цехе, затем осматривали и фотографировали, а слиток

№8 травили 10%-ным раствором HN03 в спирте.

На рис. 56 показан характер взаимодействия магния

со ртутью при разных температурах. Отсюда видно, что

Рис. 56. Взаимодсйстпие магния со ртутью при различных температурах, °С:

1 — 20; 2 — 170; 3 - 450; 4 — 500; 5 — 570; 5 — 630; 7 — 650; S — 710

после 24 ч выдержки размеры и форма отверстия слит­ ка фактически не изменились. Стружка частично проре­ агировала со ртутью; в связи с образованием амальга­ мы зона нахождения ртути приобрела черный цвет. Слит­ ки после 170 и 450° С характеризуются увеличением зоны взаимодействия компонентов, но форма и размеры от­ верстия также еще сохраняют свои очертания. После вы­ держки при 500° С (т. е. после образования легкоплав-

162