CN100419102C - 镁合金熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金熔炼方法,包括下述步骤:备料;将预热炉、熔化炉、合金化炉和静置保温炉分别升温,且都分别通入保护气体;在预热炉中,将纯镁锭预热到120~600℃;分若干批将预热镁锭加入到熔化炉中熔化,并将温度控制在660~780℃;将镁熔液输送到合金化炉中,将其温度控制在660~780℃;采用熔化炉将其它合金元素金属熔化,再进行精炼,精炼后将熔液温度维持在720~730℃;将其它合金元素金属熔液输送到合金化炉中与镁熔液混合,进行吹氩气精炼;将镁合金熔液转移到静置保温炉中,将熔液温度维持在680~860℃;将镁合金熔液浇注成铸锭;或者进行连续或半连续铸造。该方法可以防止金属氧化和烧损失,减少镁合金夹杂物多、提高镁合金质量和性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金制备方法。
背景技术
镁合金由于具有较小的密度(是实用结构金属中密度最小的一种)使其在许多场合具有十分显著的优势。特别是在航空、航天、以及汽车、摩托车、高速/轻轨列车等交通工具轻量化方面具有难以替代的优势。构件的密度小可以节省能源,在高速运动的场合还具有惯性小的优势,这对于交通工具的启动和制动具有显著作用。
但是镁合金的传统熔炼方法是采用熔化炉先将所要熔炼的镁锭一次全部熔化,然后将其它合金元素以纯金属或中间合金的形式直接加入到镁熔液中进行合金化。由于全部镁锭同时升温熔化,镁锭氧化和烧损比较大;另一方面,其它合金元素金属例如铝、锰或铝-锰中间合金等,它们的熔点、密度与金属镁的差距较大,为了使这些合金元素金属充分熔化,必须提高熔化温度、延长熔化时间,进一步加剧了镁合金熔炼过程中的氧化和烧损。因此镁合金的传统熔炼方法,金属氧化和烧损大并且难以控制,制备的镁合金夹杂物多、质量和性能降低而且不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金制备方法。该方法可以防止金属氧化和烧损,减少镁合金夹杂物、提高镁合金质量和性能。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种镁合金熔炼方法,该方法包括下述步骤:
(1)、按所要制备的镁合金的成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,并将熔化炉、合金化炉和静置保温炉分别升温到500~800℃,且都分别通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯镁锭预热到120~600℃;
(4)、在已经预热的熔化炉中进行第一炉纯镁锭的熔炼,首先将占1熔化炉的熔化重量1/2~1/20的预热纯镁锭加入熔化炉中,使其在混合气体气体保护下完全熔化,然后将其余的预热纯镁锭分批加入到熔化炉中,待前一批预热纯镁锭熔化后,再加入下一批预热镁锭,每批加入量以纯镁锭完全淹没在镁熔液中为准;如此重复进行,直至纯镁锭加入量达到预定值,完全熔化后,将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在660~780℃;
(5)、将镁熔液从熔化炉中转移到合金化炉中,转移的镁熔液重量按所要制备的镁合金重量和镁合金成份计算出,并将合金化炉中的镁熔液温度控制在660~780℃;
(6)、采用感应熔化炉或者燃气熔化炉或者电阻加热熔化炉将镁合金中的除镁金属以外的其它合金元素金属在大气下或者真空、或者惰性气体保护下熔化,其加入量按所要制备的镁合金重量和镁合金成份计算出,熔化后升温过热5~300℃,然后再进行精炼,其精炼过程是,在熔液下部向熔液中吹氮气或氩气、或者氮气和氩气的混合气体,精炼2~40分钟,气体的流量为2~40L/min,精炼结束后将熔液温度维持在720~730℃;
(7)、再将步骤(6)中的精炼好的合金元素金属熔液,输送到合金化炉中与合金化炉中的镁熔液混合,然后对合金化炉中的镁合金熔液进行吹氩气精炼,同时搅拌,精炼-搅拌5~55分钟,将熔液表面的浮渣清理干净;
(8)、再将镁合金熔液转移到静置保温炉中,将熔液温度维持在680~860℃,保温静置5~90分钟;
(9)、最后,将镁合金熔液从静置保温炉中浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭;或者将镁合金熔液输送到结晶器中,进行连续或半连续铸造。
所述的步骤(4)中进行的第一炉纯镁锭的熔炼,其熔炼镁熔液量要大于转移到合金化炉的镁熔液量;在所述的步骤(5)中,将镁熔液从熔化炉中转移到合金化炉后,在熔化炉中存留镁熔液,以作为下一炉次镁合金的首批的镁熔液,使纯镁锭的熔炼连续进行。下一炉次纯镁锭的熔炼过程是:在第一炉次存留的镁熔液中,分批将预热纯镁锭加入,具体操作同步骤(4),以使纯镁锭的熔炼连续进行,可以缩短第一炉以后的各炉的熔化时间。这样,除第一炉的第一批纯镁锭以外,其余的各炉各批的纯镁锭都是没入到金属镁液面以下熔化的,因此其余的各炉各批的纯镁锭氧化和烧损量小。
在所述的步骤(6)中,在其精炼过程中,是在熔液下部向熔液中吹氮气,精炼2~40分钟,氮气的流量为2~40 L/min。
在所述的步骤(2)中,所述的保护气体为含有0.2~0.5体积%SF6的N2、或含有1~50体积%SO2、1~50体积%CO2、余量为N2的保护气体。
所要制备的镁合金可以是Mg-Al系镁合金、Mg-Al-Mn系镁合金、Mg-Al-Zn系镁合金,以下分别进行说明。
所要制备的镁合金为Mg-Al系镁合金,在所述的步骤(6)中,是将铝进行熔化。
所要制备的镁合金为Mg-Al-Mn系镁合金,在所述的步骤(6)中,按照铝、锰的顺序分别先后进行熔化,制成铝锰合金熔液,并在铝锰合金熔液精炼之前,采用C2Cl6对该合金熔液进行变质处理,C2Cl6使用量为铝锰合金熔液重量的0.1~1%。
所要制备的镁合金为Mg-Al-Zn系镁合金,在所述的步骤(6)中,按照铝、锌的顺序分别先后进行熔化,制成铝锌合金熔液,并在铝锌合金熔液精炼之前,采用C2Cl6对该合金熔液进行变质处理,C2Cl6使用量为铝锌合金熔液重量的0.1~1%。
本发明的镁合金生产方法与传统的镁合金生产方法具有以下的不同的点,从而使本发明的镁合金生产方法具有以下的优点。
1.现在使用的传统的镁合金生产方法是:采用熔化炉先将所要熔炼的镁锭一次全部熔化,然后再将其它合金元素以固态纯金属或中间合金的形式直接加入到镁熔液中进行熔化和合金化。而本发明镁合金生产方法是:金属镁与其它合金元素金属分别在不同的熔化炉熔化,例如金属镁在熔化炉中熔化,其它合金元素金属在感应熔化炉或者燃气熔化炉或者电阻加热熔化炉熔化。
2.金属镁的熔化是将预热后的镁锭分批加入到熔化炉中,并且镁锭没入到金属镁液面以下,可以减少烧损和熔化时间。
3.将熔化后的金属镁熔液转移到合金化炉中。同时要在金属镁熔化炉中留一定量的镁熔液,供第2炉熔化金属镁用,可以缩短以后各炉的熔化时间。
4.然后将其它合金元素金属熔化后转移到镁熔液中,实现合金化。
5.金属镁的熔化除第一炉熔化时的第一次加的镁锭是暴露在混合气体下熔化外,以后加入的镁锭都是没入到金属镁液面以下熔化的。因此第一炉熔化时的第一次加的镁锭量既不能太多,也不能太少;第一次加的太多,氧化和烧损量大;加的太少,熔化时间太长。因此,本发明将第一炉熔化时的第一次加的镁锭量定为1炉镁锭总熔化重量的1/2~1/20。
6.本发明所使用的静置保温炉起着囤积镁合金熔液的作用,本发明还能实现镁合金连续熔炼/铸造。
综上所述,本发明的镁合金制备方法可以防止金属氧化和烧损,减少镁合金夹杂物、提高镁合金质量和性能。氯化物含量从大于50×10-6,降低到小于10×10-6。
具体实施方式
本发明的镁合金制备方法具体如下:
备料准备:按所要制备的镁合金的成份的重量百分比进行备料。
熔炼准备:接通预热炉、熔化炉、合金化炉和静置保温炉的电源,升温。将预热炉升温到160~660℃,将熔化炉、合金化炉和静置保温炉升温到500~800℃,通入保护气体,保护气体可以是混合气体(0.2~0.5%SF6+N2)、(1~50%SO2+1~50%CO2+N2)等混合气体。其中,含有0.2~0.5体积%SF6的N2的混合气体,简称为混合气体(0.2~0.5%SF6+N2);1~50%SO2+1~50%CO2+N2为含有1~50体积%SO2、1~50体积%CO2、余量为N2的混合气体,简称为混合气体(1~50%SO2+1~50%CO2+N2)。
关于作为原料的纯镁锭预热,采用预热炉将表面洁净的纯镁锭预热到120~600℃。
关于纯镁锭熔化,第一炉熔炼时,首先将占1炉熔化量1/2~1/20的纯镁锭加入已经预热的熔化炉中,使其在混合气体气体保护下完全熔化,然后将其余的纯镁锭分批加入到熔化炉中。每批加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准;待完全熔化后再加入下一批预热镁锭,加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准;如此反复,直至镁锭加入量达到预定值,完全熔化后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在660~780℃。然后用熔体泵或者其它方法将预定量的镁液转移到合金化炉中。转移结束后,将预热后的纯镁锭再分批加入到熔化炉中熔化,开始下一炉次镁合金的熔炼,具体操作同前。
关于合金元素金属的熔炼,首先采用感应熔化炉或者燃气熔化炉或者电阻加热熔化炉,按照需要熔炼的镁合金成分将一定量的主要合金元素金属例如纯铝熔化,并升温过热5~300℃,再按照镁合金成分分别加入一定量的其它合金元素金属例如锰,并用石墨棒等不与金属熔液反应的搅拌工具搅拌,直到所有合金元素金属完全熔化。将温度控制在熔点以上5~300℃。对于Mg-Al-Zn系或Mg-Al-Mn系镁合金,例如AZ91D、AM60B合金的熔炼,采用C2C16对铝合金熔液进行变质处理,C2C16使用量为铝合金熔液重量的0.1~1%。变质处理结束后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净;然后吹氮气精炼2~40分钟(吹头应插入熔液下部),流量为2~40L/min,通气量以液面有平缓的沸腾为宜,吹氮气精炼结束后用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净。精炼结束后将熔液温度维持在720~730℃待用。
关于合金化,在镁液转移到合金化炉后,将其温度控制在660~780℃。将精炼好的合金元素金属熔液,例如铝-锰-锌合金熔液转移到合金化炉中。然后对镁合金熔液进行吹氩气精炼,同时采用熔液搅拌机搅拌,精炼-搅拌5~55分钟,用把扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净。然后用熔体泵或者其它方法将镁合金熔液转移到静置保温炉中。
关于静置-浇注,镁合金熔液转移到静置保温炉后,将熔液温度维持在680~860℃,保温静置5~90分钟;然后用熔体转移泵或者其它方法将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭。或者用熔体泵或者其它方法将镁合金熔液转移到结晶器中,进行连续/半连续铸造。
至此,1个熔炼周期结束。
实施例1:1000公斤AZ91D镁合金熔炼方法。
1、熔炼准备
接通预热炉、熔化炉、合金化炉和静置保温炉的电源,升温。将预热炉升温到420~460℃,将熔化炉、合金化炉和静置保温炉分别升温到600~620℃,分别通入保护气体(0.2~0.5%SF6+N2)。
2、纯镁锭预热
采用预热炉将表面洁净的纯镁锭预热到380~420℃。
3、纯镁锭熔化
首先加入100~120公斤表面洁净的纯镁锭,使其在前述混合气体保护下完全熔化,然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约30~50公斤,具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准;待完全熔化后再加入第2批预热镁锭,加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准;如此反复,直至镁锭加入量达到预定值1010~1050公斤,完全熔化后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在675~685℃。用熔体泵将905~915公斤镁液转移到合金化炉中。转移结束后,将预热后的纯镁锭分批加入到熔化炉中,进行下一炉次的熔化,具体操作同前。
4、铝合金熔炼
首先采用中频熔铝炉,按照镁合金成分将86~93公斤的纯铝锭熔化,并升温至750℃,按照镁合金成分加入1.8~2.5公斤的金属锰,并用石墨棒搅拌,直到金属锰完全熔化;然后按照镁合金成分加入6.5~8.5公斤的金属锌,并用石墨棒搅拌,直到金属锌完全熔化。将温度控制在730~750℃,用C2C16对铝合金熔液进行变质处理,C2C16使用量为铝合金熔液重量的0.1~1%。变质处理结束后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,然后吹氮气精炼10~15分钟(吹头应插入熔液下部),流量为5~10L/min,通气量以液面有平缓的沸腾为宜。精炼结束后将熔液温度维持在720~730℃待用。
5、合金化
在镁液转移到合金化炉后,将其温度控制在675~685℃。将精炼好的铝-锰-锌合金熔液转移到合金化炉中。然后对镁合金熔液进行吹氩气精炼,并且采用熔液搅拌机进行搅拌,同时向液面撒常用的镁合金精炼剂,精炼剂用量为3.5~5公斤,精炼-搅拌10~15分钟,用把扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净。然后用熔体泵将镁合金熔液转移到静置保温炉中。
6、静置-浇注
镁合金熔液转移到静置保温炉后,将熔液温度维持在680~710℃,保温静置15~40分钟;然后用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭。至此熔炼结束。
实施例2:1000公斤AM60B镁合金熔炼方法。
1、熔炼准备
接通预热炉、熔化炉、合金化炉和静置保温炉的电源,升温。将预热炉升温到420~460℃,将熔化炉、合金化炉和静置保温炉升温到600~620℃,通入保护气体(0.2~0.5%SF6+N2)。
2、纯镁锭预热
采用预热炉将表面洁净的纯镁锭预热到380~420℃。
3、纯镁锭熔化
首先加入100~120公斤表面洁净的纯镁锭,使其在前述混合气体保护下完全熔化,然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约30~50公斤,具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准;待完全熔化后再加入第2批预热镁锭,加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准;如此反复,直至镁锭加入量达到预定值1050~1060公斤,完全熔化后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在675~685℃。用熔体泵将930~940公斤镁液转移到合金化炉中。转移结束后,将预热后的纯镁锭分批加入到熔化炉中,进行下一炉次的熔化,具体操作同前。
4、铝合金熔炼
首先采用中频熔铝炉,按照镁合金成分将58~65公斤的纯铝锭熔化,并升温至750℃,按照镁合金成分加入4.6~5.0公斤的金属锰,并用石墨棒搅拌,直到金属锰完全熔化。将温度控制在730~750℃,用C2Cl6对铝合金熔液进行变质处理,C2C16使用量为铝合金熔液重量的0.1~1%。变质处理结束后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,然后吹氮气精炼10~15分钟(吹头应插入熔液下部),流量为5~10L/min,通气量以液面有平缓的沸腾为宜。精炼结束后将熔液温度维持在720~730℃待用。
5、合金化
在镁液转移到合金化炉后,将其温度控制在675~685℃。将精炼好的铝-锰-锌合金熔液转移到合金化炉中。然后对镁合金熔液进行吹氩气精炼,并且采用熔液搅拌机进行搅拌,同时向液面撒常用的镁合金精炼剂,精炼剂用量为3.5~5公斤,精炼-搅拌10~15分钟,用把扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净。然后用熔体泵将镁合金熔液转移到静置保温炉中。
6、静置-浇注
镁合金熔液转移到静置保温炉后,将熔液温度维持在680~710℃,保温静置15~40分钟;然后用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭。至此熔炼结束。
实施例3:1000公斤AS41B镁合金熔炼方法。
1、熔炼准备
接通预热炉、熔化炉、合金化炉和静置保温炉的电源,升温。将预热炉升温到420~460℃,将熔化炉、合金化炉和静置保温炉升温到600~620℃,通入保护气体(0.2~0.5%SF6+N2)。
2、纯镁锭预热
采用预热炉将表面洁净的纯镁锭预热到380~420℃。
3、纯镁锭熔化
首先加入100~120公斤表面洁净的纯镁锭,使其在前述混合气体保护下完全熔化,然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约30~50公斤,具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准;待完全熔化后再加入第2批预热镁锭,加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准;如此反复,直至镁锭加入量达到预定值1060~1070公斤,完全熔化后,用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在675~685℃。用熔体泵将940~950公斤镁液转移到合金化炉中。转移结束后,将预热后的纯镁锭分批加入到熔化炉中,进行下一炉次的熔化,具体操作同前。
4、铝合金熔炼
首先采用中频熔铝炉,按照镁合金成分将43~46公斤的纯铝锭熔化,并升温至780~850℃,按照镁合金成分加入8.6~9.0公斤的纯多晶硅,并用石墨棒搅拌,直到多晶硅完全熔化。将温度控制在750~760℃,吹氮气精炼8~12分钟(吹头应插入熔液下部),流量为3~6L/min,通气量以液面有平缓的沸腾为宜。精炼结束后将熔液温度维持在750~760℃待用。
5、合金化
在镁液转移到合金化炉后,将其温度控制在705~715℃。将精炼好的铝-硅合金熔液转移到合金化炉中。然后对镁合金熔液进行吹氩气精炼,并且采用熔液搅拌机进行搅拌,同时向液面撒常用的镁合金精炼剂,精炼剂用量为3.5~5公斤,精炼-搅拌10~15分钟,用把扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净。然后用熔体泵将镁合金熔液转移到静置保温炉中。
6、静置-浇注
镁合金熔液转移到静置保温炉后,将熔液温度维持在700~710℃,保温静置15~40分钟;然后用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭。至此熔炼结束。
上述实施例中,所得到的镁合金的样品均进行Cl-含量的检验,检验依据为:JY/T020-1996,主要检验设备及其编号为SB-081离子色谱仪。检验结果:Cl-含量(mg/kg):实施例1的AZ91D镁合金的Cl-含量为0.50mg/kg;实施例2的AM60B镁合金的Cl-含量为0.80mg/kg;实施例3的AS41B镁合金Cl-含量为6.65mg/kg。充分说明本发明的镁合金制备方法可以减少镁合金夹杂物、能够提高镁合金质量和性能。
Claims (7)
1. 一种镁合金熔炼方法,其特征在于:该方法包括下述步骤:
(1)、按所要制备的镁合金的成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,并将熔化炉、合金化炉和静置保温炉分别升温到500~800℃,且都分别通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯镁锭预热到120~600℃;
(4)、在已经预热的熔化炉中进行第一炉纯镁锭的熔炼,首先将占1炉熔化量1/2~1/20的预热纯镁锭加入熔化炉中,使其在混合气体保护下完全熔化,然后将其余的预热纯镁锭分批加入到熔化炉中,待每前一批预热纯镁锭熔化后,再加入下一批预热镁锭,每批加入量以纯镁锭完全淹没在镁熔液中为准;如此重复进行,直至纯镁锭加入量达到预定值,完全熔化后,将熔液表面的浮渣清理干净,将温度控制在660~780℃;
(5)、将镁熔液从熔化炉中转移到合金化炉中,转移的镁熔液重量按所要制备的镁合金重量和镁合金成份计算出,并将合金化炉中的镁熔液温度控制在660~780℃;
(6)、采用感应熔化炉或者燃气熔化炉或者电阻加热熔化炉将镁合金中的除镁金属以外的其它合金元素金属在大气下或者真空、或者惰性气体保护下熔化,其加入量按所要制备的镁合金重量和镁合金成份计算出,熔化后将熔液升温过热5~300℃,然后再进行精炼,其精炼过程是,在熔液下部向熔液中吹氮气或氩气、或者氮气和氩气的混合气体,精炼2~40分钟,气体的流量为2~40L/min,精炼结束后将熔液温度维持在720~730℃;
(7)、再将步骤(6)中的精炼好的合金元素金属熔液,输送到合金化炉中与合金化炉中的镁熔液混合,然后对合金化炉中的镁合金熔液进行吹氩气精炼,同时搅拌,精炼-搅拌5~55分钟,将熔液表面的浮渣清理干净;
(8)、再将镁合金熔液转移到静置保温炉中,将熔液温度维持在680~860℃,保温静置5~90分钟;
(9)、最后,将镁合金熔液从静置保温炉中浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭;或者将镁合金熔液输送到结晶器中,进行连续或半连续铸造。
2. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:所述的步骤(4)中进行的第一炉纯镁锭的熔炼,其熔炼镁熔液量要大于转移到合金化炉的镁熔液量;在所述的步骤(5)中,将镁熔液从熔化炉中转移到合金化炉后,在熔化炉中存留镁熔液,以作为下一炉次镁合金的首批的镁熔液熔,使纯镁锭的熔炼连续进行。
3. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:在所述的步骤(6)中,在其精炼过程中,是在熔液下部向熔液中吹氮气。
4. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:在所述的步骤(2)中,所述的保护气体为含有0.2~0.5体积%SF6的N2,或含有1~50体积%SO2、1~50体积%CO2、余量为N2的保护气体。
5. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:所要制备的镁合金为Mg-Al系镁合金,在所述的步骤(6)中,是先将铝进行熔化。
6. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:所要制备的镁合金为Mg-Al-Mn系镁合金,在所述的步骤(6)中,按照铝、锰的顺序分别先后进行熔化,制成铝锰合金熔液,并在铝锰合金熔液精炼之前,采用C2Cl6对该合金熔液进行变质处理,C2Cl6使用量为铝锰合金熔液重量的0.1~1%。
7. 根据权利要求1所述的镁合金熔炼方法,其特征在于:所要制备的镁合金为Mg-Al-Zn系镁合金,在所述的步骤(6)中,按照铝、锌的顺序分别先后进行熔化,制成铝锌合金熔液,并在铝锌合金熔液精炼之前,采用C2Cl6对该合金熔液进行变质处理,C2Cl6使用量为铝锌合金熔液重量的0.1~1%。
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