RU2798498C1 - Method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system and device for its implementation - Google Patents

Method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2798498C1
RU2798498C1 RU2022118932A RU2022118932A RU2798498C1 RU 2798498 C1 RU2798498 C1 RU 2798498C1 RU 2022118932 A RU2022118932 A RU 2022118932A RU 2022118932 A RU2022118932 A RU 2022118932A RU 2798498 C1 RU2798498 C1 RU 2798498C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnesium
zinc
crucible
melt
calcium
Prior art date
Application number
RU2022118932A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Екатерина Сергеевна Марченко
Илья Александрович Жуков
Антон Павлович Хрусталев
Александр Борисович Ворожцов
Владислав Христианович Даммер
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798498C1 publication Critical patent/RU2798498C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: methods for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system with increased strength and corrosion-resistant properties. The method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system includes sequential melting of magnesium and zinc in a crucible of a melting furnace in the presence of a protective gaseous medium using a stirring agent and, after stirring, introducing calcium into the melt. When melting magnesium and zinc in the crucible of a melting furnace, technical argon is used as a protective gas medium, stirring is carried out using a stirring means, which is driven into rotation at a speed of 400-600 rpm and which is provided with oscillations along the axis with a frequency of 12-14 Hz and an amplitude of 0.5-0.8 mm, and the introduction of calcium into the melt is carried out with a bell, which is brought into rotation at a speed of 700-900 rpm and which is given vibrations in the axial direction with a frequency of 12-14 Hz and an amplitude of 0.7-0.9 mm. The device for producing magnesium alloys contains a crucible of a melting furnace, equipped with a means for dosed supply of a protective gas medium in the form of an annular steel pipe with holes, as well as a stirring means. An annular steel pipe with holes is rigidly fastened to the upper part of the crucible protruding above the heating furnace along the entire perimeter of the pipe, with the exception of the break for pouring the alloy, and the holes in the pipe are made in opposite directions at an angle of 45° relative to the melt surface.
EFFECT: obtaining the mechanical properties of the alloy and corrosion resistance.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности к способам получения отливок из магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций с повышенными прочностными и коррозионностойкими свойствами.The invention relates to the field of metallurgy of light alloys, in particular to methods for producing castings from magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system with increased strength and corrosion-resistant properties.

В настоящее время в отечественных и зарубежных источниках большое внимание уделяется магниевым сплавам системы магний-цинк-кальций - одному из самых перспективных сплавов для медицины с точки зрения биосовместимости.Currently, in domestic and foreign sources, much attention is paid to magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system - one of the most promising alloys for medicine in terms of biocompatibility.

Десятки лет в отечественной и зарубежной практике выплавки магниевых сплавов используются два основных метода: бесфлюсовой и с применением флюса. Флюсы представляют собой хлорсодержащие соли, а для бесфлюсовой плавки применяют серосодержащий газ. В процессе плавки, модифицирования и рафинирования под слоем флюса при всех модификациях метода имеет место образование хлорида магния, который при взаимодействии с влагой активно разрушает металл отливки. Газовая защита расплавленного металла с помощью сернистого газа или гексафторида серы SF6 - элегаза вытесняет воздух над поверхностью расплавленного металла, однако в тоже время образуем прочную пленку сульфида магния, которая способна удерживаться на поверхности расплава длительное время, являясь нежелательным включением.For decades, in the domestic and foreign practice of smelting magnesium alloys, two main methods have been used: flux-free and with the use of flux. Fluxes are chlorine-containing salts, and for flux-free melting, sulfur-containing gas is used. In the process of melting, modifying and refining under a flux layer with all modifications of the method, the formation of magnesium chloride takes place, which, when interacting with moisture, actively destroys the casting metal. Gas protection of the molten metal using sulfur dioxide or sulfur hexafluoride SF 6 - SF gas displaces air above the surface of the molten metal, however, at the same time, we form a strong film of magnesium sulfide, which can be retained on the surface of the melt for a long time, being an undesirable inclusion.

Для медицины магниевые сплавы должны быть высокой чистоты. Допускается наличие примесей не более 0,001-0,004% массы. В связи с этим существует потребность в усовершенствовании технологии выплавки магниевых сплавов.For medicine, magnesium alloys must be of high purity. The presence of impurities not more than 0.001-0.004% of the mass is allowed. In this regard, there is a need to improve the technology of smelting magnesium alloys.

Известен способ бесфлюсовой плавки магниевых сплавов (патент RU №2623965, МПК B22D 1/00, опубл. 29.06.2017), включающий расплавление магния, введение компонентов сплава в защитной атмосфере и продувку модификатором при температуре 730-750°С. Данная технология относится к сплавам системы Mg-Al-Zn-Mn.A method is known for flux-free melting of magnesium alloys (patent RU No. 2623965, IPC B22D 1/00, publ. 06/29/2017), including magnesium melting, the introduction of alloy components in a protective atmosphere and blowing with a modifier at a temperature of 730-750 ° C. This technology refers to alloys of the Mg-Al-Zn-Mn system.

Недостатком указанного способа является то, что дли создания защитной атмосферы необходима широкая номенклатура газов, что усложняет процесс плавки, а углесодержащие газовые смеси ухудшают условия работы в цехе.The disadvantage of this method is that a wide range of gases is needed to create a protective atmosphere, which complicates the melting process, and carbon-containing gas mixtures worsen working conditions in the shop.

Известен способ изготовления медицинского импланта из магниевого сплава (патент RU №2608152, МПК A61L 31/02, A61F 2/02, опубл. 16.01.2017), предусматривающий следующие стадии изготовления:A known method for manufacturing a medical implant made of magnesium alloy (patent RU No. 2608152, IPC A61L 31/02, A61F 2/02, publ. 01/16/2017), which includes the following manufacturing steps:

а) расплавление магниевого сплава;a) melting magnesium alloy;

б) распыление расплава в атмосфере защитного газа и охлаждение его ниже точки затвердевания;b) spraying the melt in a protective gas atmosphere and cooling it below the solidification point;

в) формование полученного порошка прессованием с получением сырца;c) molding the resulting powder by pressing to obtain a raw material;

г) экструдирование сплава сырца с получением изделия.d) extruding the raw alloy to obtain a product.

Предлагаемый способ отличается трудоемкостью из-за большого количества технологических операций, в то же время он не дает гарантий получения высоких механических и коррозионностойких свойств, соответствующих требованиям к имплантам, в том числе и по биосовместимости.The proposed method is laborious due to the large number of technological operations, at the same time it does not guarantee high mechanical and corrosion-resistant properties that meet the requirements for implants, including biocompatibility.

Известен способ выплавки магниевого сплава (патент RU №2601718, МПК С22С 23/00, опубл. 10.11.2016), включающий бесфлюсовую плавку с обработкой расплава фтористыми соединениями углерода из расчета 1-4 г на 100 кг расплава при температуре 750-770°С в течение 3-10 минут. При обработке расплава осуществляют его дегазацию, а перед заливкой в форму проводят его продувку гексафторидом серы. Данный способ применяют для получения сплавов системы магний-цирконий.A known method of smelting magnesium alloy (patent RU No. 2601718, IPC S22S 23/00, publ. 11/10/2016), including flux-free melting with treatment of the melt with carbon fluoride compounds at the rate of 1-4 g per 100 kg of melt at a temperature of 750-770 ° C within 3-10 minutes. When processing the melt, it is degassed, and before pouring into the mold, it is purged with sulfur hexafluoride. This method is used to obtain alloys of the magnesium-zirconium system.

Операции, описанные в патенте, имеют следующие недостатки:The operations described in the patent have the following disadvantages:

а) гексафторид серы защищает расплав от окисления (горения), однако образующаяся при этом защитная пленка из сульфида магния негативно сказывается на пластичности сплава;a) sulfur hexafluoride protects the melt from oxidation (combustion), however, the resulting protective film of magnesium sulfide adversely affects the ductility of the alloy;

б) гексафторид серы ухудшает условия труда рабочих-литейщиков. В ряде стран ЕС запрещено использование SF6-элегаза при плавке магниевых сплавов.b) sulfur hexafluoride worsens the working conditions of foundry workers. In a number of EU countries, the use of SF6-SF gas in the smelting of magnesium alloys is prohibited.

Из известных способов бесфлюсового получения магниевых сплавов наиболее близким к заявленному способу является способ и устройство (патент RU №2701248, МПК С22С 1/02, С22С 23/02, опубл. 25.09.2019).Of the known methods for the flux-free production of magnesium alloys, the closest to the claimed method is the method and device (patent RU No. 2701248, IPC S22S 1/02, S22S 23/02, publ. 09/25/2019).

Способ получения магниевых сплавов включает введение и расплавление компонентов сплава в тигле плавильной печи в защитной газовой среде, создаваемой над поверхностью расплава путем подачи газа через кольцеобразную трубу с отверстиями в нижней части, с одновременным перемешиванием расплава посредством устройства для его перемешивания, причем подачу газа проводят над поверхностью расплава до момента извлечения перемешивающего устройства и заливки расплава в формы.The method for producing magnesium alloys includes the introduction and melting of the alloy components in the crucible of a melting furnace in a protective gas environment created above the surface of the melt by supplying gas through an annular pipe with holes in the lower part, with simultaneous mixing of the melt by means of a device for mixing it, and the gas supply is carried out over surface of the melt until the mixing device is removed and the melt is poured into molds.

При осуществлении известного способа защитную газовую среду над поверхностью расплава создают в виде смеси бескислородных углесодержащих газов и инертного газа в соотношении (1-10)÷(1-20), по достижении сплавом температуры 730-750°С проводят его модифицирование и рафинирование в течение 10-20 минут путем погружения в расплав упомянутой нижней кольцеобразной части трубы, через которую подают упомянутую смесь газов с одновременным перемешиванием расплава.When implementing the known method, a protective gaseous medium above the surface of the melt is created in the form of a mixture of oxygen-free carbon-containing gases and an inert gas in the ratio (1-10) ÷ (1-20), when the alloy reaches a temperature of 730-750 ° C, it is modified and refined for 10-20 minutes by immersion in the melt of the said lower annular part of the pipe, through which the said mixture of gases is supplied with simultaneous mixing of the melt.

Данный способ разработан для получения сплавов системы магний-цинк-марганец.This method was developed to obtain alloys of the magnesium-zinc-manganese system.

Недостатком названного способа является то, что для защиты поверхности расплава от возгорания и улучшения качества сплава применяется смесь хлорсодержащих и углесодержащих газов, в результате чего не только ухудшается экология в цехе, но и снижается качество сплава из-за присутствия в нем остаточных примесей компонентов газовой смеси. Вследствие этого получаемый по известной технологии сплав не обладает достаточными для применения в имплантологии механическими и коррозионностойкими свойствами. Кроме того, нет сведений о достаточной эффективности данного способа при использовании в качестве модифицирующей добавки кальция, поскольку он способен активно взаимодействовать с вышеупомянутыми газами.The disadvantage of this method is that to protect the surface of the melt from ignition and improve the quality of the alloy, a mixture of chlorine-containing and carbon-containing gases is used, as a result of which not only the ecology in the workshop deteriorates, but also the quality of the alloy decreases due to the presence of residual impurities of the gas mixture components in it. . As a result, the alloy obtained by the known technology does not have sufficient mechanical and corrosion-resistant properties for use in implantology. In addition, there is no information about the sufficient effectiveness of this method when used as a modifying calcium additive, since it is able to actively interact with the above gases.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение качества сплавов системы магний-цинк-кальций, состоящее в повышении (по сравнению с материалами, получаемыми по известной технологии) механических и коррозионностойких свойств.The technical result of the present invention is to improve the quality of alloys of the magnesium-zinc-calcium system, which consists in increasing (compared to materials obtained by known technology) mechanical and corrosion-resistant properties.

Технический результат достигается тем, что при осуществлении способа получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций, включающий последовательное расплавление магния и цинка в тигле плавильной печи в присутствии защитной газовой среды с использованием средства для перемешивании и после окончании перемешивании введение в расплав кальции, отличие состоит в том, что при расплавлении магнии и цинка в тигле плавильной печи в качестве защитной газовой среды используют технический аргон, перемешивание осуществляют с помощью средства для перемешивания, которое приводят во вращение со скоростью 400-600 об/мин и которому обеспечивают колебания вдоль оси с частотой 12-14 Гц и амплитудой 0,5-0,8 мм, а введение в расплав кальция осуществляют колокольчиком, который приводят во вращение со скоростью 700-900 об/мин и которому придают колебания в осевом направлении с частотой 12-14 Гц и амплитудой 0,7-0,9 мм.The technical result is achieved by the fact that when implementing a method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system, including the sequential melting of magnesium and zinc in the crucible of a melting furnace in the presence of a protective gaseous medium using a mixing agent and after mixing, introducing calcium into the melt, the difference is in the fact that when magnesium and zinc are melted in the crucible of a melting furnace, technical argon is used as a protective gas medium, stirring is carried out using a stirring means, which is driven into rotation at a speed of 400-600 rpm and which is provided with vibrations along the axis with a frequency 12-14 Hz and an amplitude of 0.5-0.8 mm, and the introduction of calcium into the melt is carried out with a bell, which is rotated at a speed of 700-900 rpm and which is given vibrations in the axial direction with a frequency of 12-14 Hz and an amplitude 0.7-0.9 mm.

Заявляемый способ получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций осуществляется в устройстве, которое содержит тигель плавильной печи, снабженный средством для дозированной подачи защитной газовой среды в виде стальной кольцеобразной трубы с отверстиями, а также средство для перемешивания и отличается тем, что кольцеобразная стальная труба с отверстиями жестко скреплена с верхней частью тигля, выступающей над нагревательной печью, по всему периметру трубы за исключением разрыва для разлива сплава, причем отверстия в трубе выполнены во встречных направлениях под углом 45 градусов относительно поверхности расплава.The claimed method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system is carried out in a device that contains a melting furnace crucible equipped with a means for dosed supply of a protective gas medium in the form of an annular steel pipe with holes, as well as a means for mixing and is characterized in that the annular steel pipe with holes is rigidly attached to the upper part of the crucible, protruding above the heating furnace, along the entire perimeter of the pipe, except for the gap for pouring the alloy, and the holes in the pipe are made in opposite directions at an angle of 45 degrees relative to the melt surface.

Технический результат изобретения обусловлен следующими факторами:The technical result of the invention is due to the following factors:

1. Компоненты сплавов системы магний-цинк-кальций имеют разные удельные веса (1,73, 7,13 и 1,5 г/см3 соответственно), поэтому для их равномерного распределения установлен порядок очередности ввода и замешивания в расплав, а именно: 1-й по порядку магний, 2-й по порядку цинк, 3-й по порядку кальций. Такой порядок позволяет сначала обеспечить равномерное распределение цинка в магниевой расплавленной основе, а затем ввести в расплав кальций в качестве модифицирующей добавки, делающей сплав более мелкозернистым. Количество кальция составляет порядка 0,5% от массы расплава. Кальций вводится на заключительном этапе плавки с тем, чтобы избежать неконтролируемого угара ввиду высокой окислительной активности.1. The components of alloys of the magnesium-zinc-calcium system have different specific gravity (1.73, 7.13 and 1.5 g / cm 3 , respectively), therefore, for their uniform distribution, the sequence of input and mixing into the melt is established, namely: 1st in order magnesium, 2nd in order zinc, 3rd in order calcium. This order makes it possible to first ensure a uniform distribution of zinc in the magnesium molten base, and then introduce calcium into the melt as a modifying additive, making the alloy finer-grained. The amount of calcium is about 0.5% by weight of the melt. Calcium is introduced at the final stage of melting in order to avoid uncontrolled waste due to high oxidative activity.

2. Использование в качестве защитной газовой среды аргона исключает образование примесей и пленок нежелательных соединений, имеющих место при использовании газовых сред с хлором и углеродом. Дополнительное и важное преимущество состоит в улучшении экологической обстановки в цехе.2. The use of argon as a protective gas medium eliminates the formation of impurities and films of undesirable compounds that occur when using gas media with chlorine and carbon. An additional and important advantage is the improvement of the environmental situation in the shop.

3. Равномерное распределение компонентов сплава обусловлено относительно большой скоростью вращения средства для перемешивания - порядка 400-600 об/мин, вызывающей турбулентность. Кроме того, относительно высокая скорость вращения обеспечивает барботаж металла, который происходит за счет образующейся при вращении перемешивающего устройства воронки, в которую затягивается аргон из атмосферы над расплавленным металлом и равномерно распределяется по объему тигля. Благодаря этому исключаются обычные процедуры рафинирования и модификации сплава, связанные с накоплением примесей Для целей изобретения оптимально подходит устройство, обеспечивающее наиболее быстрое перемешивание расплава [патент RU №2625471, МПК B01F 7/18, B01F 7/26, опубл. 14.07.2017]. Рабочий орган данного устройства представлен перфорированными дисками, расположенными на общей оси и снабженными установленными на их периферии встречно ориентированными штифтами.3. The uniform distribution of the alloy components is due to the relatively high speed of rotation of the mixing means - about 400-600 rpm, causing turbulence. In addition, a relatively high rotation speed provides metal bubbling, which occurs due to the funnel formed during rotation of the mixing device, into which argon is drawn from the atmosphere above the molten metal and is evenly distributed over the volume of the crucible. This eliminates the usual procedures for refining and modifying the alloy associated with the accumulation of impurities. For the purposes of the invention, a device that provides the fastest mixing of the melt [patent RU No. 2625471, IPC B01F 7/18, B01F 7/26, publ. 07/14/2017]. The working body of this device is represented by perforated disks located on a common axis and equipped with counter-oriented pins installed on their periphery.

4. Использование колокольчика является типичным техническим приемом для введения легирующих добавок при получении литьевых сплавов. Сведения о применении колокольчика в литьевом производстве имеются, например, в источнике [Колокольчик [Электронный ресурс] URL: http://delta-grup.ru/bibliot/31/290.htm (дата обращения 06.06.2022)]. Колокольчик, представляет собой полый цилиндр с отверстиями по окружности и с заглушенной одной стороной. К заглушке крепится держатель. В связи с малым удельным весом кальция, составляющим 1,5 г/см3, для предотвращения его всплывания и продолжительного контакта с атмосферой предложена специальная процедура его замешивания. Она состоит в том, что колокольчик приводят во вращательное движение с угловой скоростью 700÷900 об/мин при одновременной вибрации в осевом направлении с частотой 12÷44 Гц и амплитудой 0,7÷0,9 мм. Скорость вращения, частота и амплитуда вибрации подобраны экспериментально.4. The use of a bell is a typical technique for the introduction of alloying additives in the production of cast alloys. Information about the use of the bell in the casting industry is available, for example, in the source [Bell [Electronic resource] URL: http://delta-grup.ru/bibliot/31/290.htm (accessed 06.06.2022)]. The bell is a hollow cylinder with holes around the circumference and with a muffled one side. A holder is attached to the plug. Due to the low specific gravity of calcium, which is 1.5 g/cm 3 , a special kneading procedure has been proposed to prevent its floating and prolonged contact with the atmosphere. It consists in the fact that the bell is driven into rotational motion with an angular speed of 700÷900 rpm with simultaneous vibration in the axial direction with a frequency of 12÷44 Hz and an amplitude of 0.7÷0.9 mm. Rotation speed, vibration frequency and amplitude are selected experimentally.

5. Особенность средства подачи защитной газовой среды, а именно герметичное соединение тигля с кольцевой трубой, снабженной отверстиями, позволяет создать более надежный защитный газовый купол из аргона над поверхностью расплава. В кольце имеется только единственный разрыв для слива расплавленного металла. Струи аргона, исходящие из отверстий в указанной конфигурации, обтекают поверхность расплава, создавая непрерывный поток, отсекающий воздух.5. The peculiarity of the means for supplying a protective gas medium, namely the hermetic connection of the crucible with an annular tube provided with holes, makes it possible to create a more reliable protective gas dome of argon above the melt surface. The ring has only a single gap to drain the molten metal. The jets of argon emanating from the holes in the specified configuration flow around the surface of the melt, creating a continuous flow that cuts off the air.

6. Выполнение отверстий в нижней части трубы под углом 45 градусов обусловлено тем, что нижняя часть герметично соединена с кромкой тигля. Таким образом, выполнение отверстий непосредственно снизу невозможно. Вследствие этого выбрано расположение отверстий под углом по сходящимся направлениям. Как правило, отверстия выполняют диаметром 3 мм, располагая их на расстоянии 15 мм друг от друга. При сливе струя расплавленного металла также защищается аргоном, т.к. литниковая чаша кокиля попадает в область перекрытия газовым куполом, что позволяет ограничить контакт струи с воздухом.6. Making holes in the lower part of the pipe at an angle of 45 degrees is due to the fact that the lower part is hermetically connected to the edge of the crucible. Thus, making holes directly from below is not possible. As a result, the location of the holes at an angle in converging directions was chosen. As a rule, holes are made with a diameter of 3 mm, placing them at a distance of 15 mm from each other. When draining, the jet of molten metal is also protected by argon, because. the casting mold cup enters the overlapping area of the gas dome, which makes it possible to limit the contact of the jet with air.

Изобретение поясняется иллюстрациями фиг. 1-5.The invention is illustrated by the illustrations of Fig. 1-5.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для получения отливок из магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций. Цифрами обозначены: 1 - крышка тигля; 2 - перфорированная труба для подачи аргона; 3 - патрубки для установки ручек для разлива сплава; 4 - стальной тигель; 5 - крышка нагревательной печи; 6 - нагревательная печь; 7 - нагреватели; 8 - огнеупорная изоляция печи; 9 - расплавленный металл; 10 - труба для подачи аргона; 11 - зазор в перфорированной трубе для разлива сплава. Чтобы не загромождать рисунок, средство для перемешивания на фиг. 1 не изображается.In FIG. 1 shows a general view of a device for producing castings from magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system. The numbers indicate: 1 - crucible cover; 2 - perforated pipe for supplying argon; 3 - nozzles for installing handles for pouring the alloy; 4 - steel crucible; 5 - cover of the heating furnace; 6 - heating furnace; 7 - heaters; 8 - refractory insulation of the furnace; 9 - molten metal; 10 - pipe for supplying argon; 11 - gap in the perforated pipe for pouring the alloy. In order not to clutter the drawing, the stirring means in FIG. 1 is not shown.

На фиг. 2 отдельно представлен вид крышки 1 с установленным на ней средством для перемешивания, состоящим из привода 12 и рабочего органа 13.In FIG. 2 separately shows a view of the cover 1 with a mixing device installed on it, consisting of a drive 12 and a working body 13.

На фиг. 3 представлен типичный вид колокольчика.In FIG. 3 shows a typical view of the bell.

На фиг. 4 представлены микрофотографии сплава, полученного по известному способу (а) и по предлагаемому способу (б).In FIG. 4 shows micrographs of the alloy obtained by the known method (a) and by the proposed method (b).

На фиг. 5 представлены РЭМ изображения сплава, полученного по известному способу (а) и по предлагаемому способу (б).In FIG. 5 shows SEM images of the alloy obtained by the known method (a) and by the proposed method (b).

Суть предлагаемых способа и устройства для получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций состоит в следующем.The essence of the proposed method and device for obtaining magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system is as follows.

Выемной стальной тигель 5 вместе со средством подачи защитного газа вставляется в разогретую до 850-900°С печь 6. В зависимости от объема тигля, предварительно в него загружается магний в соответствии с расчетом количества шихты и затем подается защитный газ через средство подачи газа. Средство дозированной подачи защитной газовой среды представлено кольцевой трубой 2, как правило, стальной, жестко скрепленной с верхней частью тигля, выступающей над нагревательной печью, и снабженной отверстиями, выполненными во встречных направлениях под углом 45 градусов относительно поверхности расплава.The removable steel crucible 5, together with the protective gas supply means, is inserted into the furnace 6 heated to 850-900 ° C. Depending on the volume of the crucible, magnesium is preliminarily loaded into it in accordance with the calculation of the charge amount and then the protective gas is supplied through the gas supply means. Means for dosed supply of the protective gas medium is represented by an annular pipe 2, as a rule, steel, rigidly fastened to the upper part of the crucible, protruding above the heating furnace, and provided with holes made in opposite directions at an angle of 45 degrees relative to the melt surface.

В качестве защитного газа используют технический аргон. Дополнительные реакционно-способные газы не требуются.Commercial argon is used as a shielding gas. Additional reactive gases are not required.

После расплавления магния в тигель вводится цинк. После расплавления цинка расплав перемешивается в течение 2-5 минут (в зависимости от объема расплава) с помощью средства для перемешивания, известного по патенту [патент RU №2625471, МПК B01F 7/18, B01F 7/26, опубл. 14.07.2017] или любого аналогичного, приводимого во вращение с относительно большой (то есть, создающей турбулентность в массе жидкого металла) скоростью. Кроме вращательного движения перемешивающему устройству придают предусмотренные конструкцией колебания вдоль оси с амплитудой 0,5÷0,8 мм и частотой 12÷14 Гц. После расплавления и перемешивания цинка в расплав вводится кальций в форме гранул. Ввиду относительно малого вводимого объема, а также малого удельного веса кальция для этого предусмотрено отдельное устройство в виде колокольчика, позволяющего быстро и равномерно ввести кальций в объем расплава благодаря сочетанию вращения и осевых колебаний. Количество кальция составляет порядка 0,5% от массы расплава. Кальций вводят на заключительном этапе плавки с тем, чтобы избежать неконтролируемого угара ввиду высокой окислительной активности.After the melting of magnesium, zinc is introduced into the crucible. After the melting of zinc, the melt is stirred for 2-5 minutes (depending on the volume of the melt) using a mixing agent known from the patent [patent RU No. 2625471, IPC B01F 7/18, B01F 7/26, publ. 07/14/2017] or any similar, driven into rotation with a relatively high (that is, creating turbulence in the mass of liquid metal) speed. In addition to the rotational movement, the mixing device is provided with vibrations provided by the design along the axis with an amplitude of 0.5÷0.8 mm and a frequency of 12÷14 Hz. After melting and mixing of zinc, calcium in the form of granules is introduced into the melt. Due to the relatively small input volume, as well as the low specific gravity of calcium, a separate device in the form of a bell is provided for this, which makes it possible to quickly and evenly introduce calcium into the melt volume due to a combination of rotation and axial vibrations. The amount of calcium is about 0.5% by weight of the melt. Calcium is introduced at the final stage of melting in order to avoid uncontrolled waste due to high oxidative activity.

Расплав еще раз перемешивают. Рафинирование и модифицирование не производят, т.к. при замешивании компонентов шихты средством для перемешивания образуется воронка, в которую затягивается аргон и равномерно распределяется но объему тигля, производя барботаж расплава.The melt is stirred again. Refining and modification are not carried out, because when mixing the components of the mixture with a mixing agent, a funnel is formed into which argon is drawn in and evenly distributed over the volume of the crucible, producing bubbling of the melt.

Полученный расплав разливают в кокиль. Для этого предпочтительно использовать метод [патент RU №2720331, МПК B22D 15/00, опубл. 28.04.2020], обеспечивающий более равномерную структуру получаемого материала. Указанный метод характеризуется применением низкочастотной вибрации кокиля в процессе разлива с частотой 50-80 Гц и амплитудой 0,5 мм и позволяет получать высококачественные отливки магниевых сплавов для деформации (прокат, волочение, экструзия) и изготовления медицинских изделий.The resulting melt is poured into a mold. To do this, it is preferable to use the method [patent RU No. 2720331, IPC B22D 15/00, publ. 04/28/2020], providing a more uniform structure of the resulting material. This method is characterized by the use of low-frequency vibration of the mold during the pouring process with a frequency of 50-80 Hz and an amplitude of 0.5 mm and makes it possible to obtain high-quality castings of magnesium alloys for deformation (rolling, drawing, extrusion) and the manufacture of medical products.

Металлографический анализ образцов сплава, полученных по известному способу и по предлагаемому способу, показал равномерное распределение зерен по размеру и снижение среднего размера с 270 (фиг. 4, а) до 180 мкм (фиг. 4, б). РЭМ изображения микроструктуры показали, что кальций и цинк более равномерно распределены в магниевой матрице по границам зерен (фиг. 5, б) без выраженных скоплений, наблюдаемых в сплаве, получаемом по известному способу (фиг. 5, а). Благодаря более мелкозернистой структуре и более равномерному распределению компонентов получаемый сплав меньше подвержен локальным напряжениям при деформациях, что положительно влияет на его механическую прочность и стойкость к коррозии. Твердость полученного сплава по Бринеллю увеличивается с 34 до 45 единиц, предел текучести при сжатии с 52 до 66 МП а, предел прочности при сжатии с 204 до 294 МПа, максимальная деформация до разрушения с 16 до 22%. Приведенные характеристики позволяют считать получаемый по предлагаемому способу сплав более приемлемым для применения в медицинской имплантологии.Metallographic analysis of alloy samples obtained by the known method and the proposed method showed a uniform grain size distribution and a decrease in the average size from 270 (Fig. 4, a) to 180 μm (Fig. 4, b). SEM images of the microstructure showed that calcium and zinc are more evenly distributed in the magnesium matrix along the grain boundaries (Fig. 5b) without pronounced accumulations observed in the alloy obtained by the known method (Fig. 5a). Due to the finer-grained structure and more uniform distribution of components, the resulting alloy is less subject to local stresses during deformations, which positively affects its mechanical strength and corrosion resistance. The Brinell hardness of the resulting alloy increases from 34 to 45 units, the compressive yield strength from 52 to 66 MPa, the compressive strength from 204 to 294 MPa, and the maximum strain to failure from 16 to 22%. These characteristics make it possible to consider the alloy obtained by the proposed method more suitable for use in medical implantology.

Claims (2)

1. Способ получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций, включающий последовательное расплавление магния и цинка в тигле плавильной печи в присутствии защитной газовой среды с использованием средства для перемешивания и после окончания перемешивания введение в расплав кальция, отличающийся тем, что при расплавлении магния и цинка в тигле плавильной печи в качестве защитной газовой среды используют технический аргон, перемешивание осуществляют с помощью средства для перемешивания, которое приводят во вращение со скоростью 400-600 об/мин и которому обеспечивают колебания вдоль оси с частотой 12-14 Гц и амплитудой 0,5-0,8 мм, а введение в расплав кальция осуществляют колокольчиком, который приводят во вращение со скоростью 700-900 об/мин и которому придают колебания в осевом направлении с частотой 12-14 Гц и амплитудой 0,7-0,9 мм.1. A method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system, including the sequential melting of magnesium and zinc in the crucible of a melting furnace in the presence of a protective gaseous medium using a mixing agent and, after mixing, the introduction of calcium into the melt, characterized in that during the melting of magnesium and of zinc in the crucible of a melting furnace, commercial argon is used as a protective gas medium, stirring is carried out using a stirring agent, which is rotated at a speed of 400-600 rpm and which is provided with vibrations along the axis with a frequency of 12-14 Hz and an amplitude of 0, 5-0.8 mm, and the introduction of calcium into the melt is carried out with a bell, which is rotated at a speed of 700-900 rpm and which is given vibrations in the axial direction with a frequency of 12-14 Hz and an amplitude of 0.7-0.9 mm . 2. Устройство для получения магниевых сплавов системы магний-цинк-кальций способом по п. 1, содержащее тигель плавильной печи, снабженный средством для дозированной подачи защитной газовой среды в виде стальной кольцеобразной трубы с отверстиями, а также средством для перемешивания, отличающееся тем, что кольцеобразная стальная труба с отверстиями жестко скреплена с верхней частью тигля, выступающей над нагревательной печью, по всему периметру трубы за исключением разрыва для разлива сплава, причем отверстия в трубе выполнены во встречных направлениях под углом 45° относительно поверхности расплава.2. A device for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system by the method according to claim 1, containing a crucible of a melting furnace, equipped with a means for dosed supply of a protective gas medium in the form of an annular steel pipe with holes, as well as a means for mixing, characterized in that an annular steel pipe with holes is rigidly fastened to the upper part of the crucible protruding above the heating furnace, along the entire perimeter of the pipe, except for the break for pouring the alloy, and the holes in the pipe are made in opposite directions at an angle of 45° relative to the melt surface.
RU2022118932A 2022-07-12 Method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system and device for its implementation RU2798498C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798498C1 true RU2798498C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215056C2 (en) * 2001-12-26 2003-10-27 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Magnesium-based alloy and a method for preparation thereof
RU2220221C2 (en) * 2002-02-20 2003-12-27 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Alloy based on magnesium
RU2564370C2 (en) * 2010-03-29 2015-09-27 Корейский Институт Промышленных Технологий Magnesium-based alloy with increased yield and resistance against hot tears, and method of its manufacturing
RU2625471C1 (en) * 2016-07-26 2017-07-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Device for mixing liquids and powders with liquid
RU2701248C1 (en) * 2018-06-25 2019-09-25 Борис Леонидович Бобрышев Method for flux-free melting of magnesium alloys of magnesium-aluminum-zinc-manganese system and device for its implementation
CN110106412B (en) * 2019-06-14 2020-05-22 天津理工大学 Preparation method and application of in-situ synthesized MgO enhanced Mg-Zn-Ca alloy
CN112143951A (en) * 2020-08-24 2020-12-29 江苏大学 High-plasticity flame-retardant die-casting magnesium alloy and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215056C2 (en) * 2001-12-26 2003-10-27 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Magnesium-based alloy and a method for preparation thereof
RU2220221C2 (en) * 2002-02-20 2003-12-27 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Alloy based on magnesium
RU2564370C2 (en) * 2010-03-29 2015-09-27 Корейский Институт Промышленных Технологий Magnesium-based alloy with increased yield and resistance against hot tears, and method of its manufacturing
RU2625471C1 (en) * 2016-07-26 2017-07-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Device for mixing liquids and powders with liquid
RU2701248C1 (en) * 2018-06-25 2019-09-25 Борис Леонидович Бобрышев Method for flux-free melting of magnesium alloys of magnesium-aluminum-zinc-manganese system and device for its implementation
CN110106412B (en) * 2019-06-14 2020-05-22 天津理工大学 Preparation method and application of in-situ synthesized MgO enhanced Mg-Zn-Ca alloy
CN112143951A (en) * 2020-08-24 2020-12-29 江苏大学 High-plasticity flame-retardant die-casting magnesium alloy and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220048105A1 (en) Acoustic rotary liquid processor
CN108300929A (en) A kind of processing method of plank and its feeding mechanism of continuous casting installation for casting
US4874576A (en) Method of producing nodular cast iron
RU2798498C1 (en) Method for producing magnesium alloys of the magnesium-zinc-calcium system and device for its implementation
JP7206965B2 (en) Method and apparatus for manufacturing titanium ingot
CN107365918A (en) A kind of casting technique of aluminium alloy ingots
GB1569551A (en) Process for producing cast iron
RU2422546C2 (en) Procedure for iron inoculation
CN1465733A (en) Process for making core agent and core yarn of high magnesium alloy core-spun yarn
CN107177785A (en) The preparation method and device of bushing and bushing
US3325160A (en) Vacuum-enclosed tiltable furnace
JP7406073B2 (en) Manufacturing method for titanium ingots
RU2323990C1 (en) Producing method of ligature aluminium-refractory, metal for melting casting aluminum alloys
FR2729131A1 (en) SILICON AND METALLURGICAL FERROSILICIUM WITH LOW OXYGEN CONTENT
RU2674553C1 (en) Method of modification of aluminum and its alloys
RU2590772C1 (en) Method for production of aluminium cast iron
JP7406075B2 (en) Titanium ingot manufacturing method and titanium ingot manufacturing mold
JP7406074B2 (en) Titanium ingot manufacturing method and titanium ingot manufacturing mold
RU2704678C1 (en) Method of cast iron modifying and modifier for implementation of method
CN110629103B (en) Production method of vacuum degassing rare earth steel and device used by same
SU769867A1 (en) Lining for mold of centrifugal casting machine
SU831286A1 (en) Method of casting metal
RU1799916C (en) Method of production of spheroidal graphite cast iron
RU2007465C1 (en) Process of production of high-chrome white wear-resistant cast irons
KR200197013Y1 (en) Vertical continuous casting apparratus for the billet of reactor using the electromagnetic stirrer