Флюс для плавки и рафинирования магниевых сплавов, содержащих иттрий
Владельцы патента RU 2451762:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к металлургии цветных сплавов, в частности к флюсам для плавки и рафинирования деформируемых магниевых сплавов, содержащих иттрий. Флюс характеризуется повышенной рафинирующей способностью от металлических примесей, препятствует потере иттрия и имеет следующий состав, 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. Обеспечивается повышение надежности и ресурса эксплуатации изделий из магниевых сплавов. 2 табл., 1 пр.
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 |
