Особенности литья магниевых сплавов под давлением

Отливки, полученные литьем под давлением, находят широкое применение в автомобильной промышленности, так как их использование способствует существенному снижению массы автомобилей и повышению мощности.

Литье под давлением магниевых сплавов может осуществляться как на машинах с холодной камерой прессования, используемых для литья алюминиевых и цинковых сплавов, так и на специализированных, обеспечивающих более высокую скорость прессования.

Повышение быстроходности машин достигается обеспечением соответствующей производительности насосов и повышенной емкостью аккумуляторов.

Современные машины с горячей камерой прессования и бесфлюсовая плавка с использованием 0,1% шестифтористой серы в сухом воздухе создают возможности для расширения производства.

Плавка магниевых сплавов осуществляется в стационарных печах с открытым тиглем, в поворотных тигельных печах, в тигельных индукционных печах промышленной частоты. Во всех типах печей используются литые или сварные стальные тигли.

Транспортировка жидкого металла может быть как ручной, так и механизированной с помощью различных заливочно-дозирующих устройств.

Автоматизированную заливку на машинах с холодной камерой прессования целесообразно применять при изготовлении крупных отливок или при работе с высоким темпом.

Специфические особенности литья магниевых сплавов по сравнению с алюминиевыми связаны с меньшим теплосодержанием и, сравнительно с силуминами, низкими технологическими свойствами.

Более быстрая кристаллизация магниевых сплавов и опасность незаполнения полости пресс-формы или образования неслитин в отливках, полученных на машинах с холодной камерой прессования, используемых для алюминиевых сплавов, вызывает необходимость:

- Тщательно соблюдать температуру заливаемого металла и температурный режим пресс-формы. Температура заливаемого металла меняется от 620 до 700⁰ С, а температура пресс-формы — от 150 до 300⁰ С для отливок с толщинами стенок от (6-8) до (1-2,5) мм. В некоторых случаях приходится полностью исключить водяное охлаждение пресс-форм и даже обеспечивать обогрев отдельных частей с помощью встроенных в пресс-форму тенов.

- Заполнение полости формы должно производиться с высокими скоростями впуска. Скорости впуска меняются в пределах от (20-30) м/с для толстостенных (6-8) мм до (70-90) м/с для тонкостенных (1-2,5) мм отливок. В связи с этим необходимо применять машины, обеспечивающие высокую (от 3 до 8 м/с) скорость прессования.

- Давления прессования на жидкий металл должны быть не ниже 40-70 мПа, что достигается, в числе прочего, за счет выбора соответствующего диаметра камеры прессования, который, в зависимости от массы заливаемого металла и усилия запирания, меняется от 70 до 150 мм.

Меньшая продолжительность затвердевания магниевых сплавов по сравнению с алюминиевыми приводит к тому, что цикл изготовления отливок из магниевых сплавов составляет 2/3 от времени для алюминиевых сплавов, а производительность труда может увеличиться на 50%.

Применение для мелких отливок горячекамерных машин обеспечивает получение следующих преимуществ:

- автоматизация процессов заливки и прессования;

- стабильность и простота регулирования температуры металла;

- меньшие по сравнению с холоднокамерными машинами давления прессования;

- масляное охлаждение пресс-форм способствует их более высокой стойкости. В то же время, применение водяного охлаждения позволяет значительно увеличить производительность машин.

Трудности получения отливок из магниевых сплавов литьем под давлением связаны с технологическими свойствами их. Наиболее удачно сочетающим механические, технологические свойства и коррозионную стойкость является сплав Мл 5, который в англоязычной классификации обозначается как AZ 91B. В то же время, в зарубежной литературе встречаются исследования, направленные на разработку более технологичных сплавов, предназначенных для литья под давлением. Было установлено, что для литья под давлением могут использоваться сплавы с большими, чем у сплава Мл 5, содержаниями цинка. Известно, что при литье в песчаные формы и кокиль сплавы с высоким содержанием цинка обладают хрупкостью и склонны к образованию горячих трещин. Высокая скорость охлаждения при литье под давлением способствует  образованию пересыщенных твердых растворов и минимальному выделению хрупких интерметаллидов, кристаллизующихся в мелкодисперсной форме. В результате проведенных исследований был рекомендован для литья под давлением сплав, содержащий по (8,0-8,5)% алюминия и цинка и 0,2% марганца, который обозначен как AZ 88 и легко может быть получен путем дополнительного легирования сплавов МА 8Ц или МА 10Ц (ГОСТ 2581-78). Этот сплав имеет более низкие температуры ликвидуса и солидуса и более высокую жидкотекучесть даже при снижении по сравнению со сплавом Мл 5 температуры заливки на 40⁰ С.

Высокая жидкотекучесть сплава позволяет снизить скорость впуска. Брак по холодным и горячим трещинам и неслитинам снижается на 30-50% по сравнению со сплавом типа Мл 5.

Прочностные свойства сплава AZ 88 выше, а пластические — ниже, чем у сплава AZ 91B (Мл 5). Для повышения пластичности сплава AZ 88 рекомендуется снизить одновременно содержание цинка и алюминия при сохранении их соотношения около единицы. Таким образом получен сплав AZ 55 (5% алюминия, 5% цинка, 0,3% марганца, магний — остальное), в котором хорошо сочетаются прочностные и пластические свойства. Этот сплав упрочняется при искусственном старении. Коррозионная стойкость его сравнима со стойкостью сплава Мл 5. Однако для промышленного применения рекомендован сплав AZ 88, так как он менее чувствителен к наличию примесей, в частности, к меди, из-за более высокого содержания цинка. Свойства сплавов, полученные на образцах, отлитых под давлением, приведены в таблице 5.4.