Проектирование и производство литых заготовок - часть 10

 

39

Контрольные вопросы 

1. 

Какие виды алюминиевых литейных сплавов Вы знаете? 

2. 

Какими свойствами обладают алюминиевые литейные сплавы? 

3. 

Для  изготовления  каких  отливок  применяются  алюминиевые  ли-

тейные сплавы? 

 

1.6. Магниевые литейные сплавы 

Для  изготовления  фасонных  отливок  используют  три  группы  магниевых 

сплавов: сплавы магния с алюминием и цинком, сплавы магния с цинком и цир-
конием, сплавы магния, легированные РЗМ (табл. 1.22). 

 

Таблица 1.22. 

Химический состав, %, некоторых магниевых сплавов (ГОСТ 2856-79). 

Группа 

сплавов 

Марка 

сплава 

Al Mn Zn Zr 

Другие 

элементы 

1 

МЛ3 
МЛ4 
МЛ5 
МЛ6 

2,5…3,5 

5…7 

7,5…9 

9…10,2 

0,15…0,5 
0,15…0,5 
0,15…0,5 

0,1…0,5 

0,5…1,5 

2…3,5 

0,2…0,8 
0,6…1,2 

- 
- 
- 
- 

- 
- 
- 
- 

2 

МЛ8 

МЛ12 

- 
- 

- 
- 

5,5…6,6 

4…5 

0,7…1,1 
0,6…1,1 

0,2…0,8 Cd

- 

3 

МЛ9 

 

МЛ19 

 

- 

 

- 

- 

 

- 

- 

 

0,1…0,6 

0,4…1 

 

0,4…1 

0,2…0,8 In 

1,9…2,6 Nd

1,4…2,2 Y, 

1,6…2,3 Nd

П р и м еч а н и е :  остальное Mg. 

 
Сплавы 1-й  группы  предназначены  для  производства  высоконагруженных 

отливок,  работающих  в  атмосфере  с  большой  влажностью.  Для  повышения 
коррозионной стойкости в сплавы вводят 0,1…0,5 % марганца, а для снижения 
окисляемости 0,001…0,002 % бериллия  или 0,5…0,1 % кальция.  Сплавы  этой 
группы относятся  к числу высокопрочных. Основным упрочнителем в них яв-
ляется алюминий, растворимость которого в магнии при эвтектической темпе-
ратуре составляет 17,4%, а при нормальной - 2,8%. Цинк также упрочняет маг-
ний, но менее эффективно, чем алюминий. 

Сплавы 2-й группы также относят к числу высокопрочных. Они отличают-

ся  от  магниевых  сплавов  других  групп  повышенными  механическими  свойст-
вами и хорошей обрабатываемостью резанием. Легирование их лантаном улуч-
шает литейные свойства, несколько повышает жаропрочность и свариваемость, 
но снижает прочность и пластичность при нормальной температуре. Эти спла-
вы  обладают  удовлетворительными  литейными  свойствами,  имеют  измельчен-
ные  цирконием  зерна,  способны  упрочняться  при  термической  обработке.  Из 
них  можно  получать  отливки  с  однородными  свойствами  в  различных  по  тол-

 

40

щине  сечениях  Их  используют  для  изготовления  отливок,  работающих  при 
200…250 °С и высоких нагрузках. 

Сплавы 3-й группы обладают высокой жаропрочностью и хорошей корро-

зионной  стойкостью.  Они  предназначены  для  длительной  работы  при 
250…350°С и кратковременной при 400°С. Эти сплавы имеют хорошие литей-
ные свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию мик-
рорыхлот и усадочных трещин, высокие и однородные механические свойства в 
сечениях  различной  толщины.  Сплавы  с  редкоземельными  элементами  приме-
няют  для  изготовления  отливок,  работающих  под  воздействием  статических  и 
усталостных нагрузок. 

Для  изготовления  отливок  чаще  используют  сплавы  первой  группы.  Луч-

шими литейными свойствами обладают сплавы МЛ5 и МЛ6. 

 

1.6.1 Особенности плавки и литья  

Плавка  магниевых  сплавов  сопряжена  с  рядом  трудностей,  связанных, 

прежде  всего  с  их  легкой  окисляемостью.  На  поверхности  магниевых  распла-
вов,  в  отличие  от  алюминиевых,  образуется  рыхлая  пленка  оксида,  не  предо-
храняющая  металл  от  дальнейшего  окисления.  При  незначительном  перегреве 
магниевые  расплавы  легко  воспламеняются.  В  процессе  плавки  магний  и  его 
сплавы взаимодействуют с азотом, образуя нитриды, и интенсивно поглощают 
водород (до 30 см

3

 на 100 г расплава). Оксиды и нитриды, находясь во взвешен-

ном состоянии, обусловливают снижение механических свойств сплава и обра-
зование микропористости в отливках. 

Для  предотвращения  интенсивного  взаимодействия  с  печными  газами 

плавку магниевых сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов. При 
плавке  большей  части  магниевых  сплавов  применяют  флюс  ВИ2 (40…48% 
МgCl

2

, 30…40% КСl, 5% ВаСl

2

, 3…5% СаF

2

) и ВИЗ (33…40% МgCl

2

, 25…36% 

КСl, 15…20% СаF

2

, 7…10% МgO),  основой  которых  является  карналлит.  По-

кровные флюсы для сплавов с редкоземельными элементами не должны содер-
жать  хлористый  магний (22…26% КСl, 17…20% NаСl, 35…39% СаСl

2

, 

19…23% ВаСl

2

, 2…5% СаF

2

), так как он взаимодействует с РЗМ с образованием 

хлоридов, увеличивая их потери до 20%. 

Применение  флюсов  вызывает  ряд  нежелательных  явлений.  Попадание 

флюса  в  тело  отливки  приводит  к  образованию  очагов  интенсивной  коррозии 
из-за  их  высокой  гигроскопичности;  существенно  ухудшаются  условия  труда. 
Поэтому в настоящее время широко применяют безфлюсовую плавку, используя 
для защиты магниевых расплавов газовые смеси (воздух с шестифтористой се-
рой  или  фторидом  бора,  углекислый  газ  и  др.).  В  производственных  условиях 
чаще всего используют смесь воздуха с 0,1% шестифтористой серы. 

В зависимости от масштаба производства и массы отливок применяют три 

способа плавки литейных магниевых сплавов: в стационарных тиглях, выемных 
тиглях и дуплекс-процессом (в индукционной печи-тигле). Плавку в стационар-
ных тиглях ведут при массовом или крупносерийном производстве мелких от-
ливок.  Сплавы  в  этом  случае  расплавляют  под  флюсом  ВИ2  в  толстостенных 

 

41

стальных  тиглях.  После  рафинирования  и  модифицирования  расплавы  отстаи-
вают в течение 10…15 мин при температуре 700…720°С, а затем небольшими 
ковшами  разливают  по  формам.  Остаток  металла (25…30% объема  расплава  в 
тигле), загрязненный неметаллическими включениями и флюсом, после каждой 
плавки сливают и подвергают переплавке и рафинированию. 

При  изготовлении  крупных  отливок  плавку  ведут  в  выемных  сварных 

стальных  тиглях  чайникового  типа  под  флюсом  ВИЗ.  Этот  флюс  имеет  мень-
шую плотность, чем флюс ВИ2, поэтому всплывает на поверхность расплава и 
во  время  заливки  форм  удерживается  в  тигле  перегородкой.  Для  заполнения 
форм используют 2/3 объема расплава; 1/3 объема, загрязненного флюсом и не-
металлическими включениями, направляют на переплав и рафинирование.

 

При дуплекс-процессе после расплавления в индукционных тигельных пе-

чах под флюсом расплав переливают в выемные тигли, в которых осуществляют 
рафинирование и модифицирование. 

Выплавка большей части магниевых сплавов начинается с загрузки и рас-

плавления покровного флюса (около 10% от массы шихты), затем загружается и 
расплавляется магний или подготовительный сплав, в который добавляются ле-
гирующие компоненты (Мn, Zn, Zr и РЗМ). Марганец вводят в виде хлористого 
марганца при 850°С, цирконий в виде фторцирконата калия или лигатуры маг-
ний — цирконий. РЗМ вводят в чистом виде или мишметаллом. 

Для  очистки  от  неметаллических  включений  магниевые  расплавы  фильт-

руют через зернистые фильтры из магнезита или графита, обрабатывают флю-
сом ВИ2 или ВИЗ или продувают газами (аргоном при 720…760 °С). Для свя-
зывания водорода в устойчивые гидриды в расплавы перед разливкой вводят до 
0,1 % кальция. 

Для  измельчения  зерна  и  повышения  механических  свойств  магниевые 

сплавы,  содержащие  алюминий,  подвергают  модифицированию  углеродсодер-
жащими  веществами  (мелом,  гексахлорэтаном,  магнезитом,  мрамором  и  др.) 
или  перегревом.  Перед  модифицированием  для  предохранения  от  загорания  в 
расплавы вводят 0,001…0,002% бериллия. 

При модифицировании перегревом расплав нагревают в стальном тигле до 

900°С, выдерживают при этой температуре 15…20 мин, а затем быстро охлаж-
дают до температуры заливки. В процессе перегрева магниевые расплавы рас-
творяют  некоторое  количество  железа  из  стального  тигля.  При  последующем 
быстром охлаждения железо выделяется в виде дисперсных частиц FeAl

3

, кото-

рые  служат  центрами  кристаллизации  для  твердого  раствора  алюминия  в  маг-
нии (

α

Mg

). 

Более  стабильные  результаты  достигают  модифицированием  углеродосо-

держащими веществами (0,3…0,6% от массы расплава). При 720…780°С моди-
фикаторы разлагаются с выделением углекислого газа, из которого магний вос-
станавливает углерод. В результате последующего взаимодействия с алюмини-
ем  образуются  тонкодисперсные  карбиды  алюминия  (Al

4

C

3

),  являющиеся  цен-

трами кристаллизации для 

α

Mg

 -твердого раствора. 

 

42

Для измельчения зерен сплавов, не содержащих алюминия, в расплав вво-

дят присадки циркония (0,5…0,7%) или кальция (0,05…0,15%). 

При  заливке  форм  предусматривают  меры,  предотвращающие  попадание 

шлака и флюса в отливки, захват воздуха и окисление расплава. Для этого при-
меняют  литниковые  чаши  с  пробками,  вмещающие  от 30 до 100% сплава,  по-
требного для заполнения формы, устанавливают металлические сетки и зерни-
стые фильтры. Эффективной мерой предотвращения попадания флюса в отлив-
ки является применение фильтров из магнезита, хорошо впитывающих хлори-
ды. 

Расширяющиеся  литниково-питающие  системы  с  тонкими  ленточными 

стояками,  щелевыми  и  многоярусными  питателями,  массивные  прибыли 
(30…50% от массы отливки) должны обеспечить плавный подвод металла и ра-
циональное питание отливки в процессе затвердевания. 

Около 80% отливок  из  магниевых  сплавов  изготовляют  в  металлических 

формах (в кокилях и под давлением) и около 20 % в песчаных формах. Песча-
ные формы и стержни изготовляют из мелкозернистых песков. 

Отличительной особенностью формовочных и стержневых смесей для этой 

группы  сплавов  является  введение  в  их  состав  серы,  буры,  борной  кислоты, 
технической  мочевины  и  других  веществ,  предотвращающих  взаимодействие 
расплава с материалом форм и стержней. 

При  заливке  форм  струю  металла  обязательно  припудривают  молотой  се-

рой,  что  предохраняет  расплав  от  загорания.  При  изготовлении  высоких  отли-
вок (высотой более 500 мм) широко используют метод литья с последователь-
ной  направленной  кристаллизацией,  предусматривающий  подачу  расплава  в 
форму под уровень расплава через стальные подогреваемые трубки диаметром 
10…12 мм и опускание формы с заданной скоростью. Трубки при этом остают-
ся в исходном положении, нижний конец их все время находится под уровнем 
расплава. 

Отличительной  особенностью  технологии  является  химическая  обработка 

отливок перед их термической обработкой и сдачей на склад с целью получения 
плотного защитного слоя оксида на поверхности. В процессе химической обра-
ботки отливки обезжиривают в щелочном растворе, промывают в холодной во-
де, выдерживают в растворе хромового ангидрида для удаления остатков солей 
и флюсов, вновь промывают в воде, оксидируют в растворе двухромовокислого 
калия  с  азотной  кислотой  и  хлористым  аммонием  для  получения  оксидной 
пленки,  промывают  и  высушивают.  После  этого  отливки  подвергают  термиче-
ской обработке в атмосфере сернистого газа с принудительной циркуляцией. 

Технология  обрубки,  пропитки  и  контроля  отливок  из  магниевых  сплавов 

аналогична технологии обработки отливок из алюминиевых сплавов. 

 

Контрольные вопросы 

1. 

Какие виды магниевых литейных сплавов Вы знаете? 

2. 

В чем состоят особенности плавки и литья магниевых сплавов? 

3. 

Какими свойствами обладают магниевые сплавы?