CN105328170B - 一种加压凝固镁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加压凝固镁合金的方法，该方法将镁合金原料在密封腔中加热至熔化，对密封腔进行离心旋转，冷却凝固后得到镁合金铸样。管状容器的截面为圆状或两个等腰梯形底边相连拼接成的对称六边形。离心旋转方式为先低速旋转，然后高速旋转。本发明的凝固方法操作便捷，利用离心力加压凝固，分离杂质，获得更质密的镁合金铸件，改进了传统制备镁合金的方法，制备出的镁合金杂质成分降低，组织质密，显微组织得到了显著细化。采用坩埚电阻炉、自制的金属浇铸模具用于离心，制作简单方便，可行性高，降低能耗，节约成本。适用于航空航天、电子等行业的仪器装备和汽车等交通工具“轻量化”、“精密化”的零部件制备。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，涉及镁合金，具体涉及一种加压凝固镁合金的方法。
背景技术
镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，具有许多优良的性能，应用前景极为广泛。随着技术和价格两大瓶颈的突破，全球镁的用量以每年20％的幅度快速增长，这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁及其合金作为最轻的工程金属材料，具有比重轻，比强度高，阻尼性及切削加工性好，导热性好，电磁屏蔽能力强，以及减振性好和易于回收等一系列优点，满足了汽车工业减重，节能，环保以及通迅电子器件高度集成化和轻薄小型化的要求，在汽车和摩托车工业和信息产业等领域得到了日益广泛的应用。目前我国已成为镁资源储备、镁生产量、镁出口量、镁消费量四个世界第一的镁产业大国。
镁合金的氧化夹杂、熔剂夹渣和气体溶解度远比铝合金多。因此，需要进行净化处理。目前，在我国多采用熔剂精炼法，有些国家也采用气体精炼法，并研发了一些新的净化技术。现有的精熔技术成本较高，广泛应用的熔铸方法无法达到要求，杂质较多。传统的铸造工艺得到的镁合金产品的显微组织及析出相比较粗大且分布不均衡，易产生气孔、缩松等缺陷，降低了铸件的致密度，恶化了铸件的机械性能，因而镁的现有使用情况远没有充分发挥镁合金材料的潜在优势。铸造压力可使铸件空隙尺寸减小，增加致密性，提高铸件密度，使成分重新分区，达到净化的效果。目前主要是用高压六面顶压机加压，一次性投资大，适用于大批量复杂的大型零件的铸造，成本较高。因此寻找一种简单、成本低、易操作的加压凝固镁合金的方法成为难题。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种加压凝固镁合金的方法，解决现有技术中加压凝固过程只能生产大批量大型零件，并且生产成本极高的问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种加压凝固镁合金的方法，该方法将镁合金原料在密封腔中加热至熔化，对密封腔进行离心旋转，冷却凝固后得到镁合金铸样。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的密封腔的材质采用45号钢。
所述的密封腔为管状容器，管状容器水平放置，以管状容器的中间位置作为转动中心轴进行离心旋转。
所述的管状容器的截面为圆状或两个等腰梯形底边相连拼接成的对称六边形。
所述的管状容器的截面为圆状时的型腔尺寸为Φ25×300mm。
所述的离心旋转方式为先低速旋转，然后高速旋转。
所述的低速旋转的转速为400rpm，旋转2min；所述的高速旋转的转速为1400rpm，旋转3min。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明的凝固方法操作便捷，利用离心力加压凝固，分离杂质，获得更质密的镁合金铸件，改进了传统制备镁合金的方法，制备出的镁合金杂质成分降低，组织质密，显微组织得到了显著细化。采用坩埚电阻炉、自制的金属浇铸模具用于离心，制作简单方便，可行性高，降低能耗，节约成本。适用于航空航天、电子等行业的仪器装备和汽车等交通工具“轻量化”、“精密化”的零部件制备。
本发明的凝固方法是一种亚快速凝固的方法，亚快速凝固的特点就是采用较高的冷却速率，增大了过冷度，从而晶粒组织得到细化。大量实验研究证明，镁合金晶粒组织在得到充分细化后，可以显著地提高镁合金的室温力学性能。亚快速凝固的冷却速度较大，使过冷度增大，进而对细化合金凝固组织起到显著的促进作用，使合金成分均匀化、溶质的固溶度增大、且形成了新的亚稳定相，镁合金的力学性能、加工性和耐蚀性也有了大幅度的提高。
附图说明
图1是镁合金AZ31在显微镜下的组织金相图，其中图1(a)为相对于旋转中心的中心位置，1(b)为相对于旋转中心的中部位置，1(c)为相对于旋转中心的边部位置。
图2是镁合金ZM6在显微镜下的组织金相图，其中图2(a)为相对于旋转中心的中心位置，2(b)为相对于旋转中心的中部位置，2(c)为相对于旋转中心的边部位置。
图3是镁合金ZM6(GB)在显微镜下的组织金相图，其中图3(a)为相对于旋转中心的中心位置，3(b)为相对于旋转中心的中部位置，3(c)为相对于旋转中心的边部位置。
图4是镁合金AZ91在显微镜下的组织金相图，其中图4(a)为相对于旋转中心的中心位置，4(b)为相对于旋转中心的中部位置，4(c)为相对于旋转中心的边部位置。
图5是不同截面形状的管状容器对β相浓度的影响，图5(a)为圆形，图5(b)为矩形，图5(c)为菱形。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例给出一种加压凝固镁合金的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将镁合金原料放入坩埚电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为800℃，保温20min，然后加入精炼剂(炼镁领域的常规精炼剂)进行精炼去渣，同时进行搅拌混合均匀，将熔炼成的镁合金熔体浇注到密封腔中，待镁合金原料冷却后将密封腔密封。
密封腔的材质采用45号钢，密封腔为管状容器，管状容器水平放置，以管状容器的中间位置作为转动中心轴进行离心旋转，管状容器的截面为圆状，所述的管状容器的型腔尺寸为Φ25×300mm。
步骤二，将镁合金原料在密封腔中进行二次加热至熔化，熔化温度800℃，对密封腔进行离心旋转，，转速固定为1400rpm，旋转5min后停止离心旋转，待其整体冷却至室温后取出镁合金铸样。
镁合金采用如表1所示的国家规定的标准牌号。表1和图1至图4中给出了不同条件下，密封腔的不同位置处的力场和β相的比例，从表1和图1至图4中可以看出，随着力场的增加，β相的比例也随之增加。
表1不同镁合金的Al含量、取样位置、重力场大小对β相所占比例的影响
备注：表1中力场的单位g表示重力加速度，，即离心力场相当于多少倍的重力加速度
实施例2：
本实施例给出一种加压凝固镁合金的方法，该方法其他步骤与实施例1相同，区别仅仅在于管状容器的截面为不同，本实施例分别采用了圆状截面，矩形截面和菱形截面，对最终所获得的产品做了β相浓度分布效果模型，如图5所示，从图5中可以看出三个不同截面形状的型腔中，截面为圆形的型腔效果最为明显，但不利于浇铸和取样，具体操作较为困难；截面为菱形的型腔效果较好，在长对角线的两边有明显聚集，具体操作时为了试验安全和取样方便，可将型腔长对角线上的两个尖角改为短边，形状改为两个等腰梯形底边相连拼接成的对称六边形；矩形截面的型腔聚集效果较差，便于操作。
实施例3：
本实施例给出一种加压凝固镁合金的方法，该方法其他步骤与实施例1相同，区别仅仅在于离心旋转的方式不同，本实施例采用了如下离心旋转方式：
(a)转速400rpm，旋转5min；
(b)转速400rpm旋转1min，再以转速1400rpm旋转4min；
(c)转速400rpm旋转2min，再以转速1400rpm旋转3min；
(d)转速400rpm旋转3min，再以转速1400rpm旋转2min；
(e)转速400rpm旋转4min，再以转速1400rpm旋转1min；
(f)转速1400rpm，旋转5min。
用同一试样进行上述6种不同旋转方案进行试验，对6种不同方案下获得和金属样品进行组织观察，对样品不同区域拍摄金相照片，利用图形法计算每种样品中相含量，获得β相的比例，以数据表的形式体现在表2中。对比结果发现，实例(e)、(f)β相聚集效果较差，实例(a)、(b)β相聚集效果一般，实例(c)和(d)β相聚集效果相对较好，其中实例(c)效果最好，β相在型腔边部位置聚集明显。所以选择实例(c)的方法得到的β相的浓度分布试验结果最佳。
表2不同方案得到的β相的比例
| 镁合金牌号 | 距中心半(mm) | 旋转方式 | 力场(g) | β相比例(％) |
| AZ31 | 120 | a | 263 | 18.28 |
| AZ31 | 120 | b | 263 | 20.56 |
| AZ31 | 120 | c | 263 | 30.73 |
| AZ31 | 120 | d | 263 | 27.91 |
| AZ31 | 120 | e | 263 | 13.17 |
| AZ31 | 120 | f | 263 | 15.25 |
在镁合金领域，镁合金铸件应当达到的技术指标：抗拉强度230Mpa，屈服强度91Mpa，延伸率6.5％；上述实施例所制备出的镁合金力学性能显著提高，制备出的镁合金铸件，抗拉强度257Mpa，屈服强度107Mpa，延伸率7.3％。
Claims (1)
1.一种加压凝固镁合金的方法，其特征在于：该方法将镁合金原料在密封腔中加热至熔化，对密封腔进行离心旋转，冷却凝固后得到镁合金铸样；
所述的密封腔为管状容器，管状容器水平放置，以管状容器的中间位置作为转动中心轴进行离心旋转；
所述的密封腔的材质采用45号钢；
所述的管状容器的截面为圆状，型腔尺寸为Φ25×300mm；
所述的离心旋转方式为先低速旋转，然后高速旋转，所述的低速旋转的转速为400rpm，旋转2min；所述的高速旋转的转速为1400rpm，旋转3min；
所述的镁合金铸样制备出的镁合金铸件，抗拉强度257Mpa，屈服强度107Mpa，延伸率7.3％。
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