Флюс для плавки и рафинирования магниевых сплавов, содержащих иттрий

Флюс для плавки и рафинирования магниевых сплавов, содержащих иттрий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к металлургии цветных сплавов, в частности к флюсам для плавки и рафинирования деформируемых магниевых сплавов, содержащих иттрий.

Флюсы для плавки магниевых сплавов должны защищать от окисления и воспламенения поверхность расплава, рафинировать расплав от примесей, снижать потери легирующих элементов.

Особенностью плавки магниевых сплавов, содержащих иттрий, является то, что он вступает во взаимодействие с большинством примесей, например с водородом, азотом и легирующими металлами, такими как цирконий, цинк и др., а также с самим магнием.

Образующиеся в результате такого взаимодействия сложные по составу и тяжелые по удельному весу химические соединения в процессе выстаивания расплава осаждаются. В результате расплав магниевого сплава обедняется иттрием. Причем потери иттрия в зависимости от конкретного состава сплава могут достигать 20-35% от его расчетного содержания в сплаве.

Флюс также должен оказывать рафинирующее действие, очищая расплав магниевого сплава от металлических примесей, например, таких как железо, никель, медь.

Известен флюс для плавки магниевых сплавов, имеющий следующий химический состав, мас.%:

MgCl2	33,0-41,0
BaCl2	5,0-8,0
CaF2	1,0-2,0
AlF3	2,0-4,0
CaCl2 и NaCl (в сумме)	6,0-10,0
MnCO3 и/или MnF2	1,0-5,0
KCl	Остальное (патент РФ №2283 881)

Известен также флюс для плавки магниевых сплавов, имеющий следующий химический состав, мас.%:

MgCl2	20,0-30,0
CaF2	до 0,5
KCl	Остальное (патент США №5804138)

Недостатками известных флюсов являются недостаточная рафинирующая способность от металлических примесей, а также их неспособность препятствовать потере легирующего элемента иттрия в процессе проведения плавки магниевых сплавов.

Известен флюс для плавки магниевых сплавов, имеющий следующий химический состав, мас.%:

MgCl2	34,0-42,0
BaCl2	5,0-8,0
CaF2	1,0-2,0
CaCl2+NaCl	6,0-10,0
один или несколько
компонентов из
группы: CdCl2, CdF2, ZnF2	2,0-6,0
KCl	Остальное (патент РФ №2283887)

Недостатками известного флюса являются неспособность его препятствовать потере иттрия, а также наличие в составе этого флюса солей токсичного элемента кадмия.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является флюс для плавки магния и его сплавов, имеющий следующий химический состав, мас.%:

MgCl2	20,0-40,0
CaF2	2,0-10,0
KBF4	0,5-12,0
NaBr	10,0-30,0
KCl	Остальное (патент РФ 2217512)

Недостатками флюса-прототипа являются: неспособность предотвратить потери иттрия при плавке магниевых сплавов, недостаточная рафинирующая способность по металлическим примесям, а также высокая токсичность фторида бора BF₃, выделяющегося в процессе разложения KBF₄ в виде газа, при проведении плавки.

Технической задачей изобретения является разработка флюса для плавки магниевых сплавов, обладающего повышенной рафинирующей способностью от металлических примесей и препятствующего потере иттрия.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен флюс для плавки и рафинирования магниевых сплавов, содержащих иттрий, включающий хлористый магний, фтористый кальций, бромид натрия, хлористый калий, который дополнительно содержит хлористый кальций, фтористый иттрий, хлористый иттрий, серу при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

MgCl2	17,0-32,0
CaF2	1,0-4,0
NaBr	3,0-7,0
CaCl2	5,0-9,0
YF3	4,5-8,0
YCl3	5,0-25,0
S	1,0-3,0
KCl	Остальное

Установлено, что в процессе проведения плавки магниевых сплавов с применением предлагаемого флюса происходит частичная диссоциация солей YF₃, YCl₃, при этом значительное количество катионов иттрия Y⁺³ восстанавливается.

При температуре проведения плавки (780-840°С) иттрий имеет высокую растворимость в магнии (не менее 12 мас.%). Благодаря этому иттрий активно взаимодействует с расплавом магния. При последующем охлаждении и кристаллизации расплава часть иттрия удерживается в твердом растворе на основе магнии, а часть - образует устойчивые интерметаллические фазы типа Mg₂₄ Y₅ ввиду его высокого сродства к магнию. В результате наличие в предлагаемом флюсе солей YF₃, YCl₃ эффективно способствует лучшему усвоению иттрия в сплаве, значительно снижает его потери.

Введение серы способствует усилению защиты поверхности расплава от окисления за счет образования диоксида SO₂, который предохраняет расплав от взаимодействия с кислородом воздуха. Дихлорид кальция CaCl₂ также повышает защитную и рафинирующую способность флюса.

Таким образом, предлагаемый флюс при заявленном содержании и соотношении всех компонентов не только снижает потери иттрия при плавке магниевых сплавов, но и сохраняет защитные свойства на уровне прототипа.

Примеры осуществления

Предлагаемый флюс опробовали при проведении плавки деформируемых магниевых сплавов марок ВМД10 и ВМД7-1, содержащих иттрий в качестве легирующего элемента, в лабораторных условиях. Составы предлагаемого флюса и флюса-прототипа приведены в таблице 1. Эффективность воздействия флюса на снижение потерь иттрия и уровень содержания металлических примесей оценивали по результатам химического анализа состава слитков сплавов, отлитых с применением предлагаемого флюса и флюса-прототипа. При этом сравнивали полученные по химическому анализу результаты с данными технических условий ТУ 1 809-93-82, в которых регламентировано содержание примесей, не более, мас.%: Fe - 0,03; Cu - 0,03; Ni - 0,005 (Таблица 2).

Пример 1

В тигель перед загрузкой в него шихты магниевого сплава ВМД10 либо сплава ВМД7-1 присыпали 1,5-2,0% от массы шихты предлагаемый флюс, содержащий состав №1 (Таблица 1).

Рафинирование сплава проводили при температуре 740-780°C путем присыпания поверхности расплава флюсом и его последующего перемешивания. Затем разливали расплав в кокиль. Состав предлагаемого сплава определяли методом химического анализа. Рассчитывали эффективность снижения потерь иттрия (Таблица 2).

Последующие примеры выплавки сплавов ВМД10, ВМД7-1 осуществляли аналогично примеру 1, используя предлагаемый флюс составов №№2, 3 и флюс-прототип (состав №4) в соответствии с данными, приведенными в таблице 1.

Как следует из анализа результатов, представленных в таблицах 1, 2, предлагаемый флюс по сравнению с флюсом-прототипом в 4,3-5,8 раза снижает потери дорогостоящего редкоземельного элемента иттрия при плавке магниевых сплавов и способствует повышению чистоты магниевого сплава по металлическим примесям соответственно: в 1,7-2,5 раза по содержанию железа; в 1,7-2,8 раза по содержанию меди; в 1,28-1,5 раза по содержанию никеля.

Таким образом, использование предлагаемого флюса снизит финансовые расходы при производстве магниевых сплавов, содержащих в качестве легирующего компонента РЗМ (в частности, иттрий), улучшит их чистоту по примесям, что в свою очередь повысит надежность и ресурс эксплуатации изделий из магниевых сплавов.

Флюс для плавки и рафинирования магниевых сплавов, содержащих иттрий, включающий хлористый магний, фтористый кальций, бромид натрия, хлористый калий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлористый кальций, фтористый иттрий, хлористый иттрий и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

MgCl2	17,0-32,0
CaF2	1,0-4,0
NaBr	3,0-7,0
CaCl2	5,0-9,0
YF3	4,5-8,0
YCl3	5,0-25,0
S	1,0-3,0
KCl	остальное