Флюсы для плавки магниевых сплавов

Флюсы должны обеспечить надежную защиту магниевых сплавов от взаимодействия с атмосферой печи и от загорания металла, а также произвести эффективное рафинирование расплава от неметаллических включений. Чтобы выполнить эти задачи, флюсы должны отвечать следующим требованиям:

1. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры солидуса сплавов.

2. Плотность флюса при температуре разливки должна быть немного выше плотности расплава сплава.

3. Флюсы должны иметь определенную вязкость и поверхностное натяжение — в зависимости от способа плавки и состава сплава.

4. Не взаимодействовать с основой сплава и легирующими элементами.

Комплекс многих и нередко противоречивых требований в наибольшей степени могут обеспечить многокомпонентные смеси хлористых или фтористых солей. Свойства некоторых из них приведены в таблице 2.3. Здесь же для сравнения указаны свойства чистого магния и сплава Мл 5.

Температуры плавления (t_пл), плотность (γ), динамическая вязкость (μ) и поверхностное натяжение (σ) некоторых хлоридов, фторидов, магния и сплава Мл 5

Таблица 2.3

Соль, металл	tпл, ^0С	γ, кг/м^3 (при температуре, ^0С)	μ, Па·с (при температуре, ^0С) × 10^3	σ, н/м (при температуре, ^0С) × 10^7
MgCl2	718	1686 (722)	4,69 (751) 3,69 (852)	135,8 (733) 127,8 (796)
NaCl	815	—	1,49 (816) 1,20 (850)	114,7 (800) 110,8 (850)
KCl	768	1515 (772)	1,42 (790) 1,06 (856)	97,7 (756) 93,3 (841)
CaCl2	774	2060 (780)	—	—
BaCl2	960	3057 (964)	—	—
CaF2	1378	2528 (1380)	—	—
Мг 95	650	1534 (700)	1,2 (655)	563 (681)
Мл 5	490-600	1614 (700)	—	—

 

Разнообразие марок сплавов, разных устройств и способов ведения плавки вызывают необходимость применения различных составов флюсов.

Из таблицы 2.3 видно, что все представленные в ней соли имеют температуры плавления гораздо выше температуры плавления магниевых сплавов. В связи с этим основу флюсов должны составлять эвтектические смеси солей с низкими температурами эвтектик. В системе MgCl₂ - NaCl температуры могут меняться от 450⁰ С до 560⁰ С; в системе MgCl₂ - КCl — от  440⁰ С до 610⁰ С. В связи с этим многие флюсы образованы на основе природного минерала карналлита, который представляет собой двойную соль хлоридов магния и калия (MgCl₂·КCl). Для получения флюса с требуемыми значениями плотности, вязкости, поверхностного натяжения и смачиваемости неметаллических включений в карналлит вводят различные добавки.

Из приведенных в таблице 2.3 значений следует, что в качестве утяжелителей целесообразно использовать хлориды  кальция, бария, фторид кальция. Важную роль для флюсов играет вязкость. При плавке в стационарных тиглях флюс должен быть жидкоподвижным для того, чтобы он мог очень быстро закрывать нарушенный при заборе металла покров. В  то же время, при плавке в выемных тиглях вязкость должна быть большей, чтобы на поверхности расплава могла образоваться корка флюса, которая предохраняет металл во время разливки. В этом случае в состав флюса вводят загустители, в качестве которых могут применяться как нерастворимые (например, MgO), так и растворимые (например, CaF₂) во флюсе добавки.

Флюс должен хорошо смачивать неметаллические включения, чтобы обеспечить эффективное рафинирование. Основу рафинирующей способности флюсов составляют MgCl₂, MgF₂, KCl. Рафинирующее действие флюсов основано на окиси магния с хлористым магнием и образованием хлорокиси магния (MgCl₂·5MgO). Хлорокись магния смачивается частицами флюса лучше, чем металл. При опускании хлористых флюсов в металле происходит обволакивание окиси магния расплавами хлористых солей и высаживание этих агрегатированных комплексов на дно тигля. В то же время, флюс должен хуже смачивать металл для того, чтобы он отделялся от металла во время разливки и не затягивался в форму.

Разработано большое количество флюсов; составы некоторых из них приведены в таблице 2.4. Плавка магниевых сплавов может осуществляться с использованием 2-х флюсов: покровного и рафинирующего. В этом случае расплавление твердой шихты происходит под флюсом, который обеспечивает защиту расплава от воздействия атмосферы печи.

Затем покровный флюс снимается и наводится другой флюс для рафинирования. Понятно, что технология плавки с покровными и рафинирующими флюсами — более сложная, поэтому желательно использовать флюс одного состава.