CN103774017B - 大直径中强耐热镁合金铸锭的半连续铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径中强耐热镁合金的半连续铸造工艺，针对的合金成分（wt.%）为：Al？7.5-9.0%、Ag？0.02-0.80%、Zn？0.35-0.55%、Mn？0.05-0.20%、RE？0.01-0.10%、Ca？0.001-0.020%，其余为Mg及不可去除杂质元素。该工艺包含620-680℃熔化原料、通气搅拌、升温至720-740℃保温10-20min、在680-700℃静置1-3h和低温浇铸等步骤。通过调整各步骤的工艺参数，成功浇铸出直径Ф330-630mm、长度≥1000mm的镁合金铸锭。大直径、高质量的铸锭可为大尺寸结构件的成形提供优质坯料，对推进镁合金的广泛应用具有重要意义。

Description

大直径中强耐热镁合金铸锭的半连续铸造工艺

技术领域

本发明涉及镁合金铸造领域，特别涉Mg-Al-Ag系镁合金铸锭的半连续铸造领域。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，其密度低、比强度高、防磁抗震效果好，是航空航天、交通运输等领域理想的减重材料。常规商用镁合金如Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系合金耐热性能差，无法满足航空航天、交通运输等领域的高温使用要求。在镁中添加Ag与稀土元素可显著提高其耐热性能。研究发现Mg-Al-Ag系合金强度高、耐热性能好，在航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。

大尺寸镁合金结构件的应用对减重更具实际意义，但其制备难度较大。影响其制备的关键因数之一是缺乏大直径、高质量镁合金锭坯的制备技术。镁合金在熔铸过程中容易产生大量的夹杂、气孔、疏松、裂纹等缺陷，且大直径铸锭在铸造过程中易产生边裂，铸造难度较大。特别是Ag与RE元素的添加增加了边裂倾向，加大了铸造难度。本发明针对这一实际问题，通过调整各步骤的工艺参数，发明了直径Ф330-630mm长度≥1000mm的Mg-Al-Ag系镁合金铸锭的半连续铸造工艺。

发明内容

本发明针对工程实际中对大尺寸镁合金结构件的需求，为制备大尺寸镁合金铸锭提供一种半连续铸造工艺，合金质量百分比成分为：Al7.5-9.0%、Ag0.02-0.80%、Zn0.35-0.55%、Mn0.05-0.20%、RE0.01-0.10%、Ca0.001-0.020%、Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余为Mg。本发明的工艺过程如下。

1、在熔炼炉中，依次融化高纯镁、高纯铝、高纯锌、Mg-Mn中间合金、高纯银、Mg-RE中间合金、Mg-Ca中间合金。熔化过程中控制熔液温度620-680℃。熔化过程中，由于原料暴露在空气中，加入时容易向熔液内部带入氧气，采用相对较低的熔化温度可有效降低原料烧损与氧化物夹渣。

2、待原料全部融化后，去除熔液表面渣料，再通入保护气体进行搅拌，搅拌20-30min。由于金属熔液的粘稠度高、流动性差，原本悬浮在熔液内部的气泡及一些小颗粒夹渣无法上浮。在保护气上浮的过程中将这些气泡和夹渣带出表面，起到净化熔液的作用。且气体搅拌可消除熔液内部成分的宏观偏析。

3、搅拌后用SF₆与CO₂混合气体对熔液进行保护，同时将熔液升温到720-740℃保温10-20min。熔化过程一些难熔的颗粒未完全溶解，局部成分偏析依然存在。高温保温可熔化这些难熔颗粒，同时增加原子运动能力，减小了成分的微观偏析。由于与熔体比重不同，夹渣在静置过程中会上浮或下沉。高温保温时，熔体粘度降低，可提高夹渣上浮或下沉的速度，进而更有效地减少夹渣。

4、高温保温后控制熔液温度680-700℃，静置1-3h。

5、低温浇铸铸锭，浇铸过程中控制炉内熔液温度660-680℃、结晶器内熔液温度640-660℃、拉锭速度20-30mm/min。在近结晶器200-500mm处采用高压水冷，在以下部位采用空冷。最终浇铸出直径Ф330-630mm、长度≥1000mm的镁合金铸锭。低温浇铸、慢速拉锭可有效降低边裂倾向。

所述第2个步骤中采用的保护气体为氩气。

所述第5个步骤中，当铸锭直径为Ф530-630mm，拉锭速度为20-25mm/min，距离结晶器400-500mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。

本发明通过不同工艺参数之间的相互配合，大大减少了铸锭中夹渣、气孔、疏松、裂纹等缺陷。通过低温浇铸与慢速拉锭成功避免了大直径镁合金铸锭浇铸过程中产生的边裂，最终浇铸出直径达Ф630mm长度≥1000mm的Mg-Al-Ag系合金铸锭。

附图说明

图1为本发明浇铸的直径Ф330mm的Mg-8Al-0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

图2为本发明浇铸的直径Ф530mm的Mg-9Al-0.6Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

图3为本发明浇铸的直径Ф630mm的Mg-8.5Al-0.8Ag-0.5Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

具体实施方式

实施例1：在容量1吨的熔炼炉中，依次熔化高纯镁、高纯铝、高纯锌、Mg-Mn中间合金、高纯银、Mg-RE中间合金、Mg-Ca中间合金，熔化时控制熔液温度650-680℃。待原料全部融化后，去除表面渣料，再通入氩气进行搅拌，搅拌时间20min。搅拌后封闭炉盖并向熔液表面通入SF₆与CO₂混合气体进行保护，同时将熔液升温至730-740℃保温15min。高温保温后将加热炉断电，控制熔液温度在690-700℃，静置2h。随后浇铸铸锭，浇铸过程中控制炉内熔液温度670-680℃、结晶器内熔液温度650-660℃、拉锭速度30mm/min。在近结晶器300mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。浇铸出Ф330mm的Mg-8Al-0.5Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

实施例2：在容量1吨的熔炼炉中，依次熔化高纯镁、高纯铝、高纯锌、Mg-Mn中间合金、高纯银、Mg-RE中间合金、Mg-Ca中间合金，熔化过程中控制熔液温度630-640℃。待原料全部融化后，去除表面渣料，再通入氩气进行搅拌，搅拌时间25min。搅拌后封闭炉盖并向熔液表面通入SF₆与CO₂混合气体进行保护，同时将熔液升温至730-740℃保温20min。高温保温后将加热炉断电，控制熔液温度680-690℃、静置3h。再浇铸铸锭，浇铸过程中控制炉内熔液温度660-670℃、结晶器内熔液温度640-650℃、拉锭速度25mm/min。在近结晶器400mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。浇铸出Ф530mm的Mg-9Al-0.6Ag-0.4Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

实施例3：在容量1吨的熔炼炉中，依次熔化高纯镁、高纯铝、高纯锌、Mg-Mn中间合金、高纯银、Mg-RE中间合金、Mg-Ca中间合金，熔化过程中控制熔液温度640-650℃。待原料全部融化后，去除表面渣料，再通入氩气进搅拌，搅拌时间30min。搅拌后封闭炉盖并向熔液表面通入SF₆与CO₂混合气体进行保护，同时将熔液升温至730-740℃保温20min。高温保温后将加热炉断电，控制熔液温度690-700℃静置3h。随后浇铸铸锭，浇铸过程中控制炉内熔液温度670-680℃、结晶器内熔液温度650-660℃、拉锭速度20mm/min。在近结晶器500mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。浇铸出Ф630mm的Mg-8.5Al-0.8Ag-0.5Zn-0.1Mn-0.1RE-0.01Ca合金铸锭。

Claims (3)

1.大直径中强耐热镁合金铸锭的半连续铸造工艺，合金质量百分比成分为：Al7.5-9.0%、Ag0.02-0.80%、Zn0.35-0.55%、Mn0.05-0.20%、RE0.01-0.10%、Ca0.001-0.020%、Fe≤0.02%、Si≤0.05%、Cu≤0.02%、Ni≤0.001%，其余为Mg，其特征在于具体工艺步骤为：

A、在熔炼炉中依次熔化高纯镁、高纯铝、高纯锌、Mg-Mn中间合金、高纯银、Mg-RE中间合金和Mg-Ca中间合金，熔化时控制熔液温度620-680℃；

B、待原料全部融化后，去除熔液表面渣料，通入保护气搅拌，通气时间20-30min；

C、搅拌后，在SF₆与CO₂混合气体保护下升高熔液温度至720-740℃，保温10-20min；

D、对熔液进行静置，控制熔液温度680-700℃，静置1-3h；

E、低温浇铸，浇铸过程中采用分区冷却法冷却铸锭，控制炉内熔液温度660-680℃、结晶器内熔液温度640-660℃、拉锭速度20-30mm/min，最终浇铸出直径Ф330-630mm、长度≥1000mm的镁合金铸锭；所述的分区冷却法为：距离结晶器200-500mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。

2.根据权利要求1所述的大直径中强耐热镁合金铸锭的半连续铸造工艺，其特征在于：B步骤采用的保护气体为氩气。

3.根据权利要求1所述的大直径中强耐热镁合金铸锭的半连续铸造工艺，其特征在于：所述E步骤中，当铸锭直径Ф530-630mm，拉锭速度20-25mm/min，距离结晶器400-500mm处采用高压水冷，以下部位采用空冷。