СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЕВО-КАЛЬЦИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C22C1/02 C22C24/00 

Изобретение относится к области металлургии щелочноземельных металлов и сплавов, в частности к получению сплавов магния с кальцием и сплавов на их основе.

Известны способы приготовления сплавов магния с алюминием, цинком и другими металлами, заключающиеся в совместном расплавлении магния с легирующими добавками в стальных стационарных или выемных тиглях, с использованием различных флюсов, в печах с газовым, нефтяным или электрическим обогревом и разливкой металла по формам через верх тигля или вычерпыванием разливочными ковшами.

Недостаток таких способов плавки необходимость работы с флюсами, служащими для защиты от соприкосновения расплавленного магния с воздухом или топочными газами во избежание возгорания. В состав флюсов, как правило, входят хлористые соли (магния, кальция, натрия и других металлов). Эти соли гигроскопичны и требуют специальных условий для их хранения и применения. Кроме того, отработанные флюсы требуют специальных технологий для их обработки и утилизации.

Известен способ приготовления сплава магния с кальцием, взятый за прототип, заключающийся в том, что процесс осуществляют в два приема: сначала компоненты сплава расплавляют в стальном стакане, помещенном в стальную реторту, заполненную аргоном, в электрической печи сопротивления при температуре 900-950^оС в течение 2-3 ч. После 6-часового охлаждения "загрузочный стакан со сплавом в опрокинутом положении устанавливается в стакан сплавления, к которому подсоединяется изложница с крестовиной, и все это помещается в реторту сплавления. Реторта устанавливается в печь сопротивления, заполняется аргоном и производится плавка при температуре 1000^оС в течение 1,5-2 ч. После плавки реторту охлаждают на стеллаже не менее 6 ч. В конце охлаждения каждой реторты, перед ее вскрытием, проводится трехкратное пассивирование возгонов путем последовательного вакуумирования до 1,0-50,0 КПа и заполнения атмосферным воздухом.

Таким образом, процесс получения сплава и отливки слитков занимает не менее 17 ч. При этом отливаются слитки общей массой до 70 кг.

Недостатки прототипа:
малая производительность, являющаяся следствием большой инерционности нагрева в печах сопротивления, многооперационности способа и невозможности работы с горячими ретортами;
значительная трудоемкость способа, вызванная последовательным раздельным осуществлением операций приготовления сплава и отливки слитков;
низкое качество сплава, обусловленное плавкой в стальных стаканах, загрязняющих сплав железом и другими лимитируемыми примесями, и в герметичных стальных ретортах, не позволяющих проводить работы с расплавом. Отсутствие возможности перемешивания расплава приводит к неравномерности распределения компонентов сплава. Неконтролируемый слив металла в изложницу может приводить к получению слитков неодинаковой массы и качества.

Цель изобретения повышение производительности труда, снижение трудоемкости технологии и повышение качества сплава.

Поставленная цель достигается тем, что процесс получения сплава и отливки слитков ведут в индукционной вакуумной печи в атмосфере инертного газа (например аргона). Расплавление шихты ведут в графитовых тиглях, и расплав перегревают до температуры, превышающей температуру плавления основного компонента на 150-250^оС. После перегрева расплав усредняют, перемешивая графитовой мешалкой. Расплав также можно усреднить, применив электромагнитное перемешивание.

Расплав сливают через сливное устройство в дне тигля в литейную чашу, из которой он через распределительную решетку попадает в каналы чугунной изложницы или графитовой формы. Избыток газа, возникающий при его нагревании в процессе плавки, стравливается через взрывной клапан печи.

Охлаждение слитков в печи проводится не менее 90 мин, в атмосфере инертного газа, а затем печь вакуумируется, и в нее напускается атмосферный воздух для пассивации возгонов. После не менее часовой выдержки печь вскрывается.

Охлаждение литейной оснастки со сплавом в печи с водоохлаждаемыми индуктором и корпусом в течение более 2,5 ч приводит к снижению ее температуры примерно до 100^оС.

Изложница вынимается из печи и разбирается.

Из источников информации не выявлено способов получения сплавов магния или кальция, решающих поставленную задачу путем использования совокупности и последовательности существенных признаков заявляемого изобретения, что доказывает новизну заявляемого способа.

Проведенные опыты помогли преодолеть предубеждение специалистов о невозможности получения сплавов магния и кальция требуемого качества описанным в заявке способом, показали пожаро- и взрывобезопасность способа.

Заявляемый способ получения сплавов магния и кальция не очевиден для специалистов из совокупности некоторых известных существенных признаков, что соответствует изобретательскому уровню.

Описанный способ неоднократно проверен при получении сплава магния с 30% кальция в индукционной вакуумной печи ДР-Н80 на ПО ЧМЗ.

Плавки проводили следующим образом. На графитовую форму с 12 каналами сечением 100х150 мм каждый, высотой ≈ 800 мм последовательно помещались графитовые распределительная решетка, литейная чаша и тигель наружного диаметра ≈ 700 мм. В тигель загружалось ≈ 250 кг шихты, состоящей из магния марки Mg90 или Mg95 и кальция дистиллированного, ТУ 95.824-88. Расчет велся на содержание: магния 69,5% кальция 30,5%
Литейная сборка помещалась в камеру печи, печь вакуумировалась и заполнялась аргоном до давления (1,0-1,2) ^. 10² КПа.

Плавка велась в течение ≈ 1,5 ч, расплав перегревался до температуры 850±50^оС. Температурный интервал обусловлен тем, что при температуре ниже 800^оС не обеспечивается хорошее качество слитков, а при температуре выше 900^оС резко возрастает испарение компонентов сплава.

В расплав вводилась графитовая мешалка и производилось ручное перемешивание металла в течение ≈ 1 мин. Затем вручную сбивался хвостовик сливного устройства и расплав сливался в форму через распределительную решетку. Избыток газа, образующийся при его расширении в процессе плавки, сбрасывался через взрывной клапан печи.

После 1,5-часового охлаждения печь вакуумировалась и заполнялась атмосферным воздухом. Металл охлаждался еще не менее 1 ч, после чего печь вскрывалась и производилась разборка плавки.

От верхних и нижних частей 2 из 12 полученных слитков сверлением отбирались пробы стружки для определения химического состава сплава. Результаты химического анализа сплава одной из плавок и технические требования на этот сплав приведены в таблице.

Преимущества данного способа заключаются в том, что он позволяет получить за одну плавку значительно большее количество сплава в виде слитков требуемого качества и вида. Применение заявляемого способа позволяет получать сплав заданного состава с равномерным распределением компонентов, удовлетворяющего технические требования по таким примесям, как железо, никель, кремний.

Использование: для получения сплавов магния с кальцием и сплавов на их основе. Сущность: получение сплава и отливку ведут в индукционной ваккумной печи в атмосфере инертного газа. Расплавление шихты ведут в графитовых тиглях, расплав перегревают до температуры, превышающей температуру плавления основного компонента. После перегрева расплав перемешивают графитовой мешалкой или электромагнитным методом. Расплав сливают через сливное устройство в дне тигля в литейную чашу, а из нее - через распределительную решетку в изложницы или формы. Способ позволяет получить за одну плавку большее количество слитков требуемого качества и вида. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЕВО-КАЛЬЦИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий сплавление исходных компонентов в герметичном объеме в среде инертного газа, слив в изложницу, охлаждение до кристаллизации и извлечение слитков, отличающийся тем, что сплавление ведут в графитовом тигле при температуре, на 150 - 250^oС превышающей температуру плавления основного компонента, при давлении (1,0 1,2) · 10² КПа, после чего производят усреднение расплава путем его перемешивания, а охлаждение осуществляют в две стадии: предварительно в атмосфере инертного газа за время не менее 90 мин и окончательно в атмосферной среде продолжительностью не менее 60 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплавление компонентов, слив и охлаждение проводят в индукционной вакуумной печи. 3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что слив расплава осуществляют через распределительную решетку.