CC BY
39
УДК 669.2/.8-034.7
В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Клочихин
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАФИНИРОВАНИЯ ПЕЧНЫХ ДОННЫХ ОСТАТКОВ МАГНИЕВОГО СПЛАВА МЛ-5
Разработана ресурсосберегающая технология рафинирования печных донных остатков при выплавке магниевого сплава МЛ-5 путем его фильтрации перед заливкой в форму. Данная технология позволяет получать металл, удовлетворяющий требованиям ГОСТ2856-79. При этом, обеспечивается повышение выхода годного магниевого литья и снижение безвозвратных потерь сплава при производстве отливок.
В настоящее время особенно актуальным стала разработка ресурсосберегающих технологий, направленных на экономию энергоресурсов.
В промышленных условиях сплав МЛ-5 выплавляется в газовых печах, где по технологии предус-мотренно использование лишь 80 % металла от объема выплавленного. Оставшаяся часть сплава (донные остатки) загрязнена рафинировочными флюсами и не может быть использована для получения литья.
Изучали возможность использования печных донных остатков сплава МЛ-5 путем фильтрации расплава. В качестве фильтров использовали широко применяемые и недорогие материалы: известняк, магнезит, графит (электродный бой) [1], а также комплексный фильтр (33 % извест-няка + 33 % магнезита + 33 % графита), которые предварительно измельчали до фракции 10-50 мм. и прокаливали при температуре 500 ±5 °С. Сплав МЛ-5 выплавляли по серийной заводской технологии и разливали в песчано-глинистые формы. Оставшийся печной донный остаток заливали в песчано-глини-стые формы для получения образцов. В опытных формах съемную литниковую чашу с исследуемыми фильтрующими материалами устанавливали над стояком (рис. 1). Для сравнения, заливали форму без фильтра (вариант «0»), затем с фильтрами - магнезит (вариант «1»), графит (вариант «2»), известняк (вариант «3») и комплексный (вариант «4»).
В объем исследования входило определение химического состава, физико-механических свойств и микротвердости сплава МЛ-5 полученных вариантов фильтрации.
Временное сопротивление разрыву (ств) и относительное удлинение (8) при комнатной температуре определяли на образцах диаметром 12 мм, прошедших термообработку (закалка с температуры 415±5 °С ( время выдержки 15 часов) - охлаждение на воздухе; старение при температуре 200±5 °С ( время выдержки 8 часов) - охлаждение на воздухе) на разрывной машине Р5. Физическую
плотность определяли на аналитических весах AW-21 методом взвешивания образцов в воде и на воздухе.
Рис. 1. Схема литейной формы с фильтром для получения образцов:
1 - опока; 2 - съемная литниковая чаша с фильтрующим материалом; 3 - литейная полость формы
Микроструктуру изучали методом оптической микроскопии («ЫеоЮ 32») на термически обработанных образцах до и после травления в реактиве, состоящем из 1 % азотной кислоты, 20 % уксусной кислоты, 19 % дистиллированной воды, 60 % этиленгликоля.
Определение микротвердости производили на микротвердомере фирмы «БиеЫег» при нагрузке индентора равной 10 Г.
Микрорентгеноспектральный анализ структурных составляющих осуществляли на электронном микроскопе «иЭМ-63601А».
Химический состав исследуемого сплава после различных вариантов фильтрации удовлетворял требованиям ГОСТ 2856-79 [2] и по содержанию основных элементов находился примерно на одном уровне (таблица 1).
© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Клочихин, 2007
Таблица 1 - Химический состав сплава МЛ5 после различных вариантов фильтрации^
Вариант фильтрации Массовая доля элементов, %
А1 Мп 7п Ре
0 8,60 0,20 0,32 0,01
1 8,65 0,26 0,33 0,022
2 8,65 0,26 0,32 0,023
3 8,70 0,29 0,33 0,025
4 8,60 0,31 0,30 0,026
Нормы ГОСТ 2856-79 7,5... 9,0 0,15.0,5 0,2.0,8 ? 0,06
* - Массовая доля меди не превышает 0,01 %, кремния - 0,05 %.
Фрактографическое исследование изломов показало, что фильтрация загрязненного расплава способствовала получению более мелкокристаллической структуры по сравнению с крупнозернис-
тым строением нефильтрованного металла (рис. 2). Наиболее дисперсное строение наблюдалось в изломах образцов, залитых по 3-му и 4-му вариантам.
д
Рис. 2. Структура изломов разрывных образцов из сплава:
МЛ-5 после различных вариантов фильтрации (х 2,5): а - без использования фильтра - 0; б - магнезит - 1; в - графит - 2; г - известняк - 3; д - 33 % магнезита + 33 %
графита + 33 % известняка - 4
Металлографическим исследованием установлено, что структура термообработанного сплава без фильтрации представляла собой 8-твердый раствор, упрочненный интерметаллидной фазой у(Мд4А!3), с наличием небольшого количества эвтектики 8+у(Мд4Ау и марганцовистой фазы. Эвтектическая фаза 8+у(Мд4Ау располагалась по границам зерен, интерметаллидная у(Мд4Ау-фаза - как по границам, так и беспорядочно по всему полю зерна ( рис. 3, а).
Фильтрация сплава способствовала измельчению как микрозерна, так и эвтектики
[8+у(Мд4Ау]. Величина зерна в фильтрованном
металле была в ~ 2,5......8,5 раз меньше, чем без
фильтрации. При этом, наблюдалось уменьшение размера зерна от 1-го к 4-му варианту (табл. 2).
Большее измельчение зерна наблюдалось при фильтрации по 4-му варианту (33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка). При этом, величина микрозерна была в ~ 1,5......4,0 раза меньше
по сравнению с другими вариантами фильтрации и более чем в 8 раз меньше размеров зерна в металле без фильтрации.
д
Рис. 3. Микроструктура термообработанного сплава МЛ-5 после различных вариантов фильтрации, х500: а - без фильтра; б - магнезит; в - графит; г - известняк; д - 33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка
Таблица 2 - Величина микрозерна и структурных составляющих в сплаве МЛ-5 после различных вариантов фильтрации
Вариант фильтрации Величина микрозерна, мкм Размер структурных составляющих, мкм
интерметаллидная фаза у^4А1з) эвтектика 8+у(Ыв4А1з)
0 450.850 2,0.6,0 25.100
1 110.400 2,0.8,0 10.80
2 50.200 2,0.7,0 -
3 50.170 2,0. 12,0(скопления) 8.70
4 40.100 2,0.8,0 6.20
В структуре сплава, профильтрованного через графит (вариант 2), выделения эвтектики не обнаружены (рис. 3, д), а в сплаве, отлитом по 4-му варианту, где в составе фильтра содержится 33 % графита, размеры и количество эвтектической фазы [8+у(Мд4Д!з)] было меньше, чем в сплавах с фильтрацией по 1-му и 3-му вариантам (рис. 3, в; ж).
Интерметаллидная фаза у(Мд4Д!3) в сплавах исследуемых вариантов (за исключением 3-го) равномерно распределена в объеме металла (рис. 4). В образцах из сплава, пропущенного через известняк (вариант 3), наряду с равномерно распределенными частицами у-фазы наблюдались и их скопления (рис. 4, г). Размеры глобулярных частиц интерметаллида у(Мд4Ду в образцах всех вариантов кроме варианта 3 примерно одинаковы (табл. 3). В сплаве, отлитом по 3-му варианту, размер интерметаллида у(Мд4Ду был в ~ 1,5 раза
крупнее.
Микротвердость матрицы (8-твердый раствор) и структурных составляющих (эвтектика и интерметаллидная фаза) в образцах после различных вариантов фильтрации находилась примерно на одном уровне, но несколько выше, чем в нефильтрованном сплаве (вариант 0) (табл. 3).
Анализ результатов механических испытаний позволил установить, что фильтрация расплава (вариант 1...4) способствовала улучшению как прочностных (сте), так и пластических (8) свойств в сравнении с нефильтрованным металлом. Более высокие значения механических свойств получены на образцах металла, профильтрованного через комплексный фильтр (вариант 4). Кроме того, для него характерна высокая стабильность полученных результатов (табл. 4).
Таблица 3 - Микротвердость сплава МЛ-5 после различных вариантов фильтрации
Вариант фильтрации Микротвердость, НУ, МПа
8-матрица эвтектика З+КМ^АЬ) интерметаллидная фаза у^4АЬ)
0 894,1.1017,3 1368,9.2288,9 2627,6.5150,0
1 973,5. 1064,0 1368,9.2627,6 2627,6.5150,0
2 1064,3. 1114,1 1504,7.2627,6 3047,3.5150,0
3 1064,3. 1114,1 1504,7.2627,6 3296,0.5150,0
4 1064,3. 1114,1 1504,7.2627,6 4256,2.6358,0
Вариант Физико-механические свойства при комнатной температуре
фильтрации ств, МПа 8, % Физическая плотность, г/см3
0 185,0 6,2 1,6858
1 232,0 9,2 1,6980
2 225,0 7,3 1,6753
3 246,0 9,8 1,6876
4 275,0 12,8 1,7067
ГОСТ 2856-79 ? 230,0 ? 2,0 -
Таблица 4 - Физико-механические свойства сплава МЛ-5 после различных вариантов фильтрации
д
Рис. 4. Интерметаллидная фаза у(Мд4А!3) в термообработанном сплаве Мл-5 после различных вариантов фильтрации, х500: а - без фильтра; б - магнезит; в - графит; г - известняк; д - 33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка
Повышение физико-механических свойств отливок печного донного остатка сплава МЛ-5, прошедшего фильтрацию, обусловлено измельчением зерна и некоторым упрочнением структурных составляющих, что позволяет использовать его для получения годных отливок, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 2856-79.
Выводы
1. Проведены исследования по опробованию различных фильтрующих материалов для очистки печных донных остатков сплава МЛ-5. Установле -но, что применение известняка, магнезита или графита позволяет улучшить свойства металла и перевести его в разряд годного.
2. Предложен комплексный фильтр (33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка), обеспечивающий более высокий уровень свойств при фильтрации печных донных остатков магниевого сплава.
3. Данная технология позволяет повысить выход годного литья из магниевых сплавов и получить значительный экономический эффект.
Перечень ссылок
1. Альтман М.Б., Белов А.Ф., Добаткин В.И. и др. Магниевые сплавы. Справочник ч. 2. - М.: Металлургия, 1978. - 294 с.
2. ГОСТ 2856-79. Сплавы магниевые литейные. - М.: Госстандарт СССР
Поступила в редакцию 11.06.2007
Розроблено ресурсозбергаючу технолог/ю раф1нування п чних донних залишкв при вип-лавц магн ¡евого сплаву МЛ-5 шляхом його ф1льтрацИ' перед заливанням у форму. Ця тех-нолог'я дозволяе одержувати метал, що задовольняе вимогам ГОСТ2856-79. При цьому, забезпечуеться п ¡двищення виходу придатного магн ¡евого лиття i зниження безповорот-них утрат сплаву при виробництвi виливкiв.
The technology of refinement of the oven ground rests is developed at melt of magnesian alloy МЛ-5 by its filtration before filling in in the form. The given technology allows to receive the metal which is meeting the requirements of GOST 2856-79. Thus, increase of an output of suitable magnesian moulding and decrease in irrevocable losses of an alloy is provided by manufacture of cast details.
