CN103627937A - 一种高锌镁合金铸锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高锌镁合金铸锭的制备方法，它涉及一种合金铸锭的制备方法。本发明的目的是要解决现有高锌镁合金铸锭易在铸造过程中产生元素偏析，因冷却水压、铸造速度和熔体温度选择不当而产生大量裂纹的问题。步骤：一、秤料；二、加料；三、熔炼；四、精炼和静置；五、铸造。优点：一、本发明制备的高锌镁合金铸锭组织均匀，无气孔疏松和夹渣，熔体杂质含量少；二、本发明制备的高锌镁合金铸锭直径为405mm～485mm，外观完整且无明显裂纹。本发明可获得一种高锌镁合金铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金铸锭的制备方法。
背景技术
高锌镁合金铸锭属于Mg-Zn-Zr系高强镁合金，主要应用于航空、航天等领域。高锌镁合金铸锭中的主要强化金属元素是Zn，其极限溶解度为6.2%，随着Zn含量的增加合金的抗拉和抗压强度增加。由于高锌镁合金铸态组织中Zn元素及MgZn化合物的沿晶界分布特性，使得该合金的热裂倾向大大增强，尤其是特大规格（≥Φ405mm）的圆铸锭生产中极易产生通长的裂纹，造成成炉或成批报废。另外，由于Zr元素熔点高、比重大、易偏析，尤其Zr在液态镁中的溶解度低，易于Fe、Si、Mn等杂质形成难熔化合物，不但造成Zr元素的大大损失，而且降低了Zr元素的细化晶粒的作用，因此目前高锌镁合金铸锭易在铸造过程中产生元素偏析，因冷却水压、铸造速度和熔体温度选择不当而产生大量裂纹的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有高锌镁合金铸锭易在铸造过程中产生元素偏析，因冷却水压、铸造速度和熔体温度选择不当而产生大量裂纹的问题，而提供一种高锌镁合金铸锭的制备方法。
一种高锌镁合金铸锭的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Zn：5.3%～5.7%、Zr：0.6%～0.8%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金；
二、加料：①在熔炼炉底部均匀铺一层2#熔剂；②将步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金依次加入到熔炼炉内；③在熔炼炉内镁锆中间合金上层铺一层2#熔剂；
步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.001～0.005):1；
三、熔炼：在熔炼温度为750℃～770℃的温度下进行熔炼，熔炼40min～90min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体；
步骤三所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金、TiO2或TiCl4；
步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
四、精炼和静止：①在温度为750℃～760℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为755℃～765℃的条件下精炼5min～10min，得到精炼高锌镁合金熔体；②在温度为750℃～755℃的条件下向精炼高锌镁合金熔体中通入氩气，待有气泡从精炼高锌镁合金熔体中冒出后继续通气10min～15min；③去除精炼高锌镁合金熔体表面的浮渣，得到除渣后精炼高锌镁合金熔体；④将除渣后精炼高锌镁合金熔体在750℃～760℃下静止60min～100min，得到静止后的精炼高锌镁合金熔体；
步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.008～0.015):1；
五、铸造：将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为700℃～710℃，铸造速度为36mm/min～40mm/min，冷却水强度为0.03MPa～0.05MPa和熔体温度为700℃～710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。
本发明的优点：一、本发明制备的高锌镁合金铸锭组织均匀，无气孔疏松和夹渣，熔体杂质含量少；二、本发明制备的高锌镁合金铸锭直径为405mm～485mm，外观完整且无明显裂纹。
本发明可获得一种高锌镁合金铸锭。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种高锌镁合金铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Zn：5.3%～5.7%、Zr：0.6%～0.8%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金；
二、加料：①在熔炼炉底部均匀铺一层2#熔剂；②将步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金依次加入到熔炼炉内；③在熔炼炉内镁锆中间合金上层铺一层2#熔剂；
步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.001～0.005):1；
三、熔炼：在熔炼温度为750℃～770℃的温度下进行熔炼，熔炼40min～90min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体；
步骤三所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金、TiO2或TiCl4；
步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
四、精炼和静止：①在温度为750℃～760℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为755℃～765℃的条件下精炼5min～10min，得到精炼高锌镁合金熔体；②在温度为750℃～755℃的条件下向精炼高锌镁合金熔体中通入氩气，待有气泡从精炼高锌镁合金熔体中冒出后继续通气10min～15min；③去除精炼高锌镁合金熔体表面的浮渣，得到除渣后精炼高锌镁合金熔体；④将除渣后精炼高锌镁合金熔体在750℃～760℃下静止60min～100min，得到静止后的精炼高锌镁合金熔体；
步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.008～0.015):1；
五、铸造：将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为700℃～710℃，铸造速度为36mm/min～40mm/min，冷却水强度为0.03MPa～0.05MPa和熔体温度为700℃～710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。
本实施方式步骤二①中使用2#熔剂作为覆盖剂和步骤四①中加入2#熔剂，目的是消除高锌镁合金铸锭在铸造中易产生的夹渣缺陷。
本实施方式中2#熔剂主要由37%～45%MgCl2、6%～8%BaCl2、32%～39%KCl和NaCl与CaCl2质量分数和小于10%组成。
本实施方式中5#熔剂主要由91%2#熔剂和9%CaF2组成。
本实施方式步骤三③所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金、TiO2和TiCl4中的一种，目的是去除高锌镁合金熔体中的Fe、Si、Ni等金属杂质，Fe、Si、Ni等金属杂质严重损害镁合金产品的抗腐蚀性。本实施方式利用800℃～850℃时Ti在镁熔体中有最大的溶解度，当温度降低到700℃～710℃时其溶解度急剧降低，并和Fe、Si形成高熔点化合物沉降的特性，达到除Fe、Si金属杂质的目的。
本实施方式步骤四②中向步骤四①中的高锌镁合金熔体中通入氩气，待气泡从高锌镁合金熔体中冒出后通气10min～15min的目的是除去高锌镁合金熔体中吸入的氢气，消除气孔疏松。
本实施方式的优点：一、本实施方式制备的高锌镁合金铸锭组织均匀，无气孔疏松和夹渣，熔体杂质含量少；二、本实施方式制备的高锌镁合金铸锭直径为405mm～485mm，外观完整且无明显裂纹。
本实施方式可获得一种高锌镁合金铸锭。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中按各元素质量百分比为Zn：5.4%～5.7%、Zr：0.6%～0.8%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同点是：步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.006～0.008):1。其他步骤与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.003～0.005):1。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中在熔炼温度为750℃～770℃的温度下进行熔炼，熔炼40min～70min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.006～0.008):1。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四①中在温度为760℃～765℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为760℃～765℃的条件下精炼7min～10min。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四④中将步骤四③得到的精炼后的高锌镁合金熔体在750℃～760℃下静止70min～90min，得到静止后的高锌镁合金熔体。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.01～0.015):1。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五中将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为705℃～710℃，铸造速度为38mm/min～40mm/min，冷却水强度为0.03MPa～0.05MPa和熔体温度为705℃～710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种高锌镁合金铸锭的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Zn：5.5%、Zr：0.6%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金；
二、加料：①在熔炼炉底部均匀铺一层2#熔剂；②将步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金依次加入到熔炼炉内；③在熔炼炉内镁锆中间合金上层铺一层2#熔剂；
步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为0.005:1；
步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为0.003:1；
三、熔炼：在熔炼温度为760℃的温度下进行熔炼，熔炼50min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体；
步骤三所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金；
步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为0.005:1；
四、精炼和静止：①在温度为760℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为760℃的条件下精炼10min，得到精炼高锌镁合金熔体；②在温度为760℃的条件下向精炼高锌镁合金熔体中通入氩气，待有气泡从精炼高锌镁合金熔体中冒出后继续通气10min；③去除精炼高锌镁合金熔体表面的浮渣，得到除渣后精炼高锌镁合金熔体；④将除渣后精炼高锌镁合金熔体在760℃下静止60min，得到静止后的精炼高锌镁合金熔体；
步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为0.015:1；
五、铸造：将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为710℃，铸造速度为40mm/min，冷却水强度为0.05MPa和熔体温度为710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。
本试验步骤二①中使用2#熔剂作为覆盖剂和步骤四①中加入2#熔剂，目的是消除高锌镁合金铸锭在铸造中易产生的夹渣缺陷。
本试验步骤三③所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金，目的是去除高锌镁合金熔体中的Fe、Si、Ni等金属杂质，Fe、Si、Ni等金属杂质严重损害镁合金产品的抗腐蚀性。本试验利用800℃～850℃时Ti在镁熔体中有最大的溶解度，当温度降低到710℃时其溶解度急剧降低，并和Fe、Si形成高熔点化合物沉降的特性，达到除Fe、Si金属杂质的目的。
本试验步骤四②中向步骤四①中的高锌镁合金熔体中通入氩气，待气泡从高锌镁合金熔体中冒出后通气10min的目的是除去高锌镁合金熔体中吸入的氢气，消除气孔疏松。
本试验制备的高锌镁合金铸锭直径为485mm，表面外观完整，没有明显裂纹、气孔疏松和夹渣。
在试验一步骤五得到高锌镁合金铸锭距铸锭顶部20cm，铸锭中部和距铸锭底部10cm的位置分别取样，利用荧光光谱仪对所取的样品进行化学元素含量分析，数据列于表1，表1是试验一制备的铸锭化学成分检测结果。
表1
从表1可以看出Zn原子百分含量从5.48变化到5.52，Zr原子百分含量从0.59变化到0.62，表明试验一步骤五得到高锌镁合金铸锭的成分均匀。
Claims (10)
1.一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于一种高锌镁合金铸锭的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Zn：5.3%～5.7%、Zr：0.6%～0.8%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金；
二、加料：①在熔炼炉底部均匀铺一层2#熔剂；②将步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金依次加入到熔炼炉内；③在熔炼炉内镁锆中间合金上层铺一层2#熔剂；
步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.001～0.005):1；
三、熔炼：在熔炼温度为750℃～770℃的温度下进行熔炼，熔炼40min～90min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体；
步骤三所述的除杂剂为Ti的质量分数为24%的Mg-Ti中间合金、TiO2或TiCl4；
步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.005～0.01):1；
四、精炼和静止：①在温度为750℃～760℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为755℃～765℃的条件下精炼5min～10min，得到精炼高锌镁合金熔体；②在温度为750℃～755℃的条件下向精炼高锌镁合金熔体中通入氩气，待有气泡从精炼高锌镁合金熔体中冒出后继续通气10min～15min；③去除精炼高锌镁合金熔体表面的浮渣，得到除渣后精炼高锌镁合金熔体；④将除渣后精炼高锌镁合金熔体在750℃～760℃下静止60min～100min，得到静止后的精炼高锌镁合金熔体；
步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.008～0.015):1；
五、铸造：将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为700℃～710℃，铸造速度为36mm/min～40mm/min，冷却水强度为0.03MPa～0.05MPa和熔体温度为700℃～710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤一中按各元素质量百分比为Zn：5.4%～5.7%、Zr：0.6%～0.8%和余量Mg，分别称取镁锭、锌锭和镁锆中间合金。
3.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.006～0.008):1。
4.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二③中所述的2#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.003～0.005):1。
5.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三中在熔炼温度为750℃～770℃的温度下进行熔炼，熔炼40min～70min，再加入除杂剂，然后去除浮渣，得到熔炼后的高锌镁合金熔体。
6.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三所述的除杂剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.006～0.008):1。
7.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤四①中在温度为760℃～765℃下将5#熔剂加入到步骤三④得到的高锌镁合金熔体中，搅拌均匀，然后在温度为760℃～765℃的条件下精炼7min～10min。
8.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤四④中将步骤四③得到的精炼后的高锌镁合金熔体在750℃～760℃下静止70min～90min，得到静止后的高锌镁合金熔体。
9.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤四①中所述的5#熔剂的质量与步骤一秤取的镁锭、锌锭和镁锆中间合金的总质量比为(0.01～0.015):1。
10.根据权利要求1所述的一种高锌镁合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤五中将步骤四④得到的静止后的高锌镁合金熔体在铸造温度为705℃～710℃，铸造速度为38mm/min～40mm/min，冷却水强度为0.04MPa～0.05MPa和熔体温度为705℃～710℃的条件下进行铸造，得到高锌镁合金铸锭。
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| GR01 | Patent grant |