ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Способ изготовления магнийсодержащей лигатуры включает загрузку в печь шихты, содержащей легкоплавкие составляющие, и ее расплавление, в качестве легкоплавких составляющих используют магнийсодержащий и безмагниевый полупродукты, которые предварительно раздельно изготавливают путем выбора их состава по диаграммам состояния в соответствии с составом лигатуры, их выплавки, разливки и затвердевания в виде слитков, а затем их снова загружают в печь и расплавляют, при этом дополнительно вводят силикокальций, сплав РЗМ, алюминий и солевую смесь с температурой плавления 450-550°С при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Магнийсодержащий полупродукт - 20-30

Силикокальций -10-15

Сплав РЗМ - 5-10

Алюминий - 0,5-2,5

Солевая смесь - 3-4

Безмагниевый полупродукт - Остальное

Предварительные операции получения легкоплавких полупродуктов введены с целью снижения температуры выплавки лигатуры и увеличения степени усвоения магния и РЗМ. Поскольку минимальную температуру плавления имеют эвтектические сплавы, составы этих сплавов (полупродуктов) выбирают по диаграммам состояния соответствующих систем, используя справочники по двойным и более сложным металлическим системам. Для системы Мg-Сuв качестве такой смеси может служить эвтектика МgСu₂+Мg₂Сuс температурой плавления 552°С при содержании в сплаве Мg-Сuоколо 35% магния; в системе Мg-Сu-Siцелесообразно использовать сплав с 30-35% магния и - 4% кремния, этот сплав представляет собой эвтектику Мg₂Сu₃Si+Мg₂Сuс температурой плавления 565°С; более высокую температуру плавления имеют сплавы без меди (например, эвтектический сплав, содержащий примерно 20% магния, 50% кремния и 30% алюминия, имеет температуру плавления ~ 800°С) или сплавы с медью и железом (эвтектический сплав Мg-Сu-Si-Feс ~ 30% магния, 4% кремния и 5-10% железа имеет температуру плавления 600-620°С).

Состав шихты выбран, исходя из следующих соображений.

Поскольку приведенные выше эвтектические сплавы содержат от 20 до 35% магния, то для обеспечения в составе лигатуры обычно рекомендуемого содержания магния в количестве 6-10% необходимо иметь в составе шихты 20-30% магнийсодержащего полупродукта.

Силикокальций должен обеспечить содержание в составе лигатуры 3-7% кальция. При использовании силикокальция марок от СК20 до СК30 по ГОСТ 4762-71 содержание его в составе шихты должно составлять 10-15%.

В качестве сплавов РЗМ целесообразно использовать ферроцерий, цериевый мишметалл или сплав ФЦМ-5, в которых содержится от 80 до 90% РЗМ при 40-75% церия. Так как в комплексных лигатурах оптимальным является содержание 3-7% РЗМ или 2-4% церия, то в пересчете на указанные сплавы это составляет 5-10%.

Алюминий вводится в состав шихты с целью обеспечить его содержание в лигатуре в количестве 0,5-3%, так как он является сильным графитизатором и уменьшает склонность модифицированного чугуна к отбелу.

Как показали эксперименты, количество солевой смеси, играющей в процессе плавки роль флюса, образующего жидкоподвижный шлак и защитную атмосферу для предотвращения взаимодействия сплава с воздухом, должно составлять 3-4%. В качестве такого флюса может быть использована смесь, содержащая 75% СаCl₂и 25%NaClи имеющая температуру плавления около 500°С. Защитный шлак, образующийся в процессе плавки, не отделяется от лигатуры и используется совместно с ней при модифицировании чугуна, усиливая ее рафинирующий и модифицирующий эффект.

Остальную часть шихты составляет легкоплавкий безмагниевый полупродукт. Удобнее всего использовать в качестве такого полупродукта сплав Сu-Fе-Si, содержащий 4-5% железа и около 16% кремния и имеющий температуру плавления 800-830°С.

Способ позволяет получать сложные многокомпонентные лигатуры, в том числе и повышенной плотности (например, с медью), обеспечивая легкоплавкость лигатуры, хорошее усвоение ее чугуном при модифицировании и резкое уменьшение пироэффекта как в процессе выплавки лигатуры, так и при модифицировании чугуна. Преимуществами предлагаемого способа являются также стабильность и безопасность процесса плавки и возможность использования при получении магниевого полупродукта металлического магния в любом виде: в виде чушек, гранул, стружки и т.д.

Пример реализации способа - изготовление лигатуры по составу, соответствующему патенту СССР 1745127, кл. С 22 С 35/00, и включающему, масс. %; 4-9 магния, 3-8 кальция, 18-32 кремния, 3,5-10 РЗМ, 27-50 меди, 1-3 алюминия, остальное железо и примеси. Расчет проведен, исходя из среднего состава лигатуры, маc. %: 8% магния, 5% кальция, 24% кремния, 5% РЗМ, 40% меди, 1,5% алюминия, остальное - железо и примеси.

На первой стадии проводится выплавка полупродукта 1, содержащего медь, 33% магния, 4% кремния и 5% железа. Основу этого полупродукта составляет эвтектика Мg₂Сu₃Si+Mg₂Сuс температурой плавления 565°С. Железо повышает температуру плавления этого полупродукта до 600-620°С.

Вторая стадия состоит в выплавке безмагниевого полупродукта 2, содержащего медь, 16% кремния и 10% железа и имеющего температуру плавления 800-830°С.

Выплавка конечного продукта - комплексной магнийсодержащей лигатуры заданного химического состава - проводится на шихте, состоящей из полу продуктов, силикокальция, сплава РЗМ, алюминия и солевой смеси (75% СаСlи 25% NаСl), при следующем соотношении составляющих, мас.%:

Полупродукт 1-27

Силикокальций СК20 - 27

Сплав РЗМ (цериевый мишметалл МЦ40) - 6

Алюминий -1*)

Солевая смесь - 4

Полупродукт 2 - Остальное

*) Примерно 0,5% алюминия вводится с другими составляющими шихты (в составе силикокальция и полупродукта 2), в которых он присутствует в виде примеси.

Температура плавления полученной лигатуры составляет около 850°С, средняя плотность лигатуры около 5,5 г/см ³.

В процессе выплавки лигатуры пироэффект отсутствовал; усвоение магния составило 90-95%, усвоение РЗМ - около 95%.