CN104232958A

CN104232958A - 一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺

Info

Publication number: CN104232958A
Application number: CN201310234279.5A
Authority: CN
Inventors: 华兆红
Original assignee: WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Current assignee: WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明涉及一种高纯的成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺，包括：首先将金属铜和钇放入坩埚中，金属镁放入炉体上部的加料仓内，对真空中频感应炉抽真空，使炉内真空度达到10^-3Pa。通入高纯氩气作为保护气体。熔炼分两步进行，首先熔炼铜钇中间合金，铜钇熔化后，升高温度至1600-1650℃对铜钇合金进行精炼，同时使铜钇混合均匀，然后降低温度至450-500℃，从炉顶加料口加入纯镁。控制炉温使镁缓慢融化，镁完全熔化后保温5-10min，最后将合金液浇入预热的石墨模具中。本发明通过通入高纯氩气作为保护气体，通过中频感应熔炼炉的电磁搅拌作用和对熔炼合金液的机械搅拌，使合金液充分均匀混合，并通过控制保护气体压力、中间合金、保温时间、浇铸模具等因素提高合金成分均匀性。

Description

一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺

技术领域

本发明涉及镁合金熔炼工艺，具体涉及一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺。

背景技术

镁合金具有密度小、比强度高、减震性好、散热性佳以及易于回收、抗电磁干扰及屏蔽能力强等诸多优点，同时常规的镁合金耐腐蚀性能差、韧性不高，制约了镁合金的广泛应用。现在块体镁基非晶合金能较好地解决这一矛盾。

CN101302603A提供了一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金及其制备方法。步骤1：在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉内，按质量比7∶3将Mg和Li混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，然后按名义成分(MgLi)_xAl_60-xCu₂₀Zn₂₀，其中30≤x≤35的不同配比称取原料；步骤3：将中频感应熔炼炉抽真空，然后充入10^-2Pa的氩气，在氩气保护下熔炼(MgLi)_xAl_60-xCu₂₀Zn₂₀合金；步骤4：将步骤3得到的熔融态(MgLi)_xAl_60-xCu₂₀Zn₂₀合金浇铸到铜模型腔内，制备成大块非晶合金。该方法Li元素加入镁合金中，使合金微观晶体结构由hcp结构转变为bcc结构，这将有效地提高合金的机械性能；采用加入Al和Zn元素的合金化方法，有效地提高了Mg-Li合金的力学性能；加入Cu元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，从而能够制备出较大尺寸的非晶合金。

CN101880840A提供了一种镁锂基Mg-Li-Cu-Ni-Y系块体非晶合金的制备方法。(1)将高纯镁块、锂块、镍块、高纯铜锭、高纯钇块按名义成分Mg₆₅Li_xCu_20-xNi₅Y₁₀其中0＜x＜5at.％配料，首先用真空感应熔炼的方法进行Cu-Ni-Y三元合金的熔炼；随后，将Cu-Ni-Y合金打磨抛光，粉碎后与镁块和锂块混合，然后用相同的熔炼方法制备出Mg-Li-Cu-Ni-Y五元母合金；(2)将熔炼制备得到的Mg-Li-Cu-Ni-Y五元母合金粉碎后，在超快速液淬装置上进行真空快淬，制得高强度镁锂基Mg-Li-Cu-Ni-Y系块体非晶合金。该方法避免了镁锂大量烧失和杂质元素混入，提高了非晶合金纯度，所得镁锂基非晶合金强度高、密度低、抗腐蚀性能好。

制备块体非晶合金需要使用母合金，要求母合金有较高的纯度和成分均匀性。但是镁的活性极高，在熔炼过程中极易氧化燃烧，镁的熔点低，熔炼过程中挥发严重，镁的密度小，在与其他金属元素合成熔炼过程中难以保证合金成分均匀。

CN102329971A涉及一种熔炼铜镁合金的方法，属于电工合金材料技术领域。它包括以下工艺步骤：步骤一：根据铜镁合金配比计算出每块标准阴极铜所需的镁锭重量；步骤二：将计算所需重量的镁锭塞入阴极铜底部的吊耳内，并压紧吊耳固定，形成阴极铜与镁锭结合件；步骤三：将阴极铜与镁锭结合件吊装起来，投入熔炼炉内，利用阴极铜的自身重量使结合件迅速沉入熔炼炉底部；步骤四：熔炼时加热至1050～1200℃，将阴极铜与镁锭结合件熔炼成铜镁合金熔液，每间隔一段时间加一块阴极铜与镁锭结合件，如此循环实现连续生产。在熔炼炉内熔炼铜镁合金的方法，镁元素在铜液中的均匀性较好，且镁元素含量能够得到保证。

CN101397623A涉及一种金属材料技术领域的含铜耐热稀土镁合金及其制备方法，该镁合金包括Ｃｕ以及Ｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ构成的元素中至少一种合金元素，其中Ｃｕ的原子百分比为ａ，合金元素原子百分比合计为ｂ，其余为Ｍｇ和杂质，其中ａ和ｂ满足：0．1≤ａ≤5，且0．5≤ｂ≤5。该镁合金的制备包括熔炼过程和后续热处理过程，该镁合金既可以作为铸造镁合金又可以作为变形镁合金，而且具有比传统ＷＥ系列商业镁合金更加优越的室温、高温强度等力学性能。

CN101717871A涉及一种铜镁中间合金的制备方法，包括下列步骤：（1）首先按镁10％～50％、铜50％～90％（重量百分比）称取原料；（2）在真空熔炼炉中将称好的镁先进行熔炼，然后升温至800℃，并调整真空度至0．1～0．3Ｐａ，然后加入铜，迅速升温至1150～1280℃，用石磨棒搅拌均匀，至铜完全熔化，反应完全；（3）将反应物用水冷铜模直接浇铸成铸锭，制得铜镁中间合金。铜镁中间合金的制备方法能使镁的烧损大大减少，合金比例容易控制，且铜氧化程度少，仅铸件外表面呈黑色，打磨后呈亮铜色，内部无明显缺陷，特别适合于规模生产与应用。

但是上述方法制备的镁合金的均匀性达不到制备块体非晶合金的需要。因此，需要一种成分均匀的镁合金的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺。所述工艺获得合金成分均匀。

为了解决上述问题，本发明通过通入高纯氩气作为保护气体，通过中频感应熔炼炉的电磁搅拌作用和对熔炼合金液的机械搅拌，使合金液充分均匀混合，并通过控制保护气体压力、中间合金、保温时间、浇铸模具等因素提高合金成分均匀性。

本发明采用的技术方案为：

一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺，包括：首先将金属铜和钇放入坩埚中，金属镁放入炉体上部的加料仓内，对真空中频感应炉抽真空，使炉内真空度达到10^-3Pa。通入高纯氩气作为保护气体。熔炼分两步进行，首先熔炼铜钇中间合金，铜钇熔化后，升高温度至1600-1650℃对铜钇合金进行精炼，同时使铜钇混合均匀，然后降低温度至450-500℃，从炉顶加料口加入纯镁。控制炉温使镁缓慢融化，镁完全熔化后保温5-10min，最后将合金液浇入预热的石墨模具中。

所述Cu-Mg-Y合金的成分为：Mg65％、Cu25％、Y10％

所述金属镁采用99.95％的工业纯镁。

所述金属铜采用99.9％电解铜板。

所述金属钇采用99.99％高纯钇。

本发明采用中频感应炉熔炼，充分利用电磁搅拌作用和对熔炼合金液的机械搅拌使合金成分均匀。

本发明采用两步熔炼方法熔炼合金。金属镁、铜和钇的熔点分别是650℃、1083℃和1522℃。如果镁、铜和钇直接混合熔炼，则镁会首先熔化，随着温度升高镁大量挥发，未完全熔化的金属铜和钇会进入镁液中。由于熔体过热度低和合金化的作用时间有限，从而铸锭中易形成金属钇的不熔块，严重影响了合金成分的均匀性。本发明采用两步熔炼方法，首先熔炼铜钇中间合金，并在氩气保护气氛下进行高温精炼，使铜与钇充分熔化并且混合均匀。然后降低温度加入镁，铜钇还未完全凝固，有利于和镁的合金化，最后获得的镁、铜、钇合金成分的均匀。

本发明的保温时间为5-10min。保温时间过短，混合不均匀；保温时间过长镁的烧蚀率越大。一方面铜钇之间经过了一次中间熔炼和高温精炼，混合较好。在与镁混合熔炼过程中，保温时间越长越利于镁和铜钇的混合固溶。另一方面镁的密度较铜钇都轻，在熔体中会漂浮在上层，混合均匀要依靠中频炉的电磁搅拌作用，所以保温时间长有利于混合均匀。同时，由于镁的挥发严重，保温时间越长，镁的烧蚀率越大。

本发明的模具为石墨模具。由于铸件在凝固过程中，铸件的底部和边缘首先凝固，此时熔体经过电磁搅拌和机械搅拌混合均匀，所以在铸件的底部和边缘合金成分接近熔体组分，中心部分最后凝固偏析最为严重。在熔体凝固过程中，铜钇因密度大而下沉，所以铜钇在底部含量较上部高。理论上，镁密度小，上部的含量应该较高，但是在凝固过程中，铸件中间上部熔体最后凝固，镁不断挥发含量反而较低，最后凝固的熔体中其他成分含量也就最大。以上分析可以看出合金的均匀性与浇铸模具的导热性能有关。选用导热性能高的金属模具和石墨模具比陶瓷材料模更具有利于合金成分均匀。相对于金属模具，石墨模具加工简单，脱模容易。本发明选用了高强、高纯、高密度的石墨模具。

在镁合金熔炼过程中，通入保护气体能有效防止镁的燃烧，和真空熔炼相比，能有效抑制铜的挥发，对镁挥发的抑制效果不明显。

在熔炼完成后，浇铸温度的控制也对成分均匀性有一定的影响。如果浇铸过热度高，熔体凝固时间长，偏析会增强，成分就越不均匀。反之则有利于成分均匀。

本发明的方法具有操作简单，镁合金烧蚀少，合金成分均匀的优点。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

一种高纯的成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺，包括：

首先将金属铜和钇放入坩埚中，金属镁放入炉体上部的加料仓内，对真空中频感应炉抽真空，使炉内真空度达到10^-3Pa。

通入高纯氩气作为保护气体。

熔炼分两步进行，首先熔炼铜钇中间合金，铜钇熔化后，升高温度至1650℃对铜钇合金进行精炼，同时使铜钇混合均匀，然后降低温度至500℃，从炉顶加料口加入纯镁。控制炉温使镁缓慢融化，镁完全熔化后保温10min。

最后将合金液浇入预热的石墨模具中。

所述Cu-Mg-Y合金的成分为：Mg65％、Cu25％、Y10％。

所述金属镁采用99.95％的工业纯镁。

所述金属铜采用99.9％电解铜板。

所述金属钇采用99.99％高纯钇。

实施例二

实施例一

一种高纯的成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺，包括：

通入高纯氩气作为保护气体。

熔炼分两步进行，首先熔炼铜钇中间合金，铜钇熔化后，升高温度至1600℃对铜钇合金进行精炼，同时使铜钇混合均匀，然后降低温度至450℃，从炉顶加料口加入纯镁。控制炉温使镁缓慢融化，镁完全熔化后保温5min。

最后将合金液浇入预热的石墨模具中。

所述Cu-Mg-Y合金的成分为：Mg65％、Cu25％、Y10％。

所述金属镁采用99.95％的工业纯镁。

所述金属铜采用99.9％电解铜板。

所述金属钇采用99.99％高纯钇。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种成分均匀的Cu-Mg-Y合金的熔炼工艺，包括：首先将金属铜和钇放入坩埚中，金属镁放入炉体上部的加料仓内，对真空中频感应炉抽真空，使炉内真空度达到10^-3Pa，通入高纯氩气作为保护气体，熔炼分两步进行，首先熔炼铜钇中间合金，铜钇熔化后，升高温度至1600-1650℃对铜钇合金进行精炼，同时使铜钇混合均匀，然后降低温度至450-500℃，从炉顶加料口加入纯镁，控制炉温使镁缓慢融化，镁完全熔化后保温5-10min，最后将合金液浇入预热的石墨模具中。

2.根据权利要求1的工艺，所述Cu-Mg-Y合金的成分为：Mg65％、Cu25％、Y10％。

3.根据权利要求1的工艺，所述金属镁采用99.95％的工业纯镁。

4.根据权利要求1的工艺，所述金属铜采用99.9％电解铜板。

5.根据权利要求1的工艺，所述金属钇采用99.99％高纯钇。