CN1241641A - 铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明配方:6.0—8.0%Al、0.4—1.5%RE、0.2—1.0%Zn、0.001—0.3%Be、0.01—0.5%Sr、0.05—0.5%Mn,限制杂质元素Si≤0.05%、Fe≤0.005%、Cu≤0.015%、Ni≤0.002%,其余为Mg。在大气中直接熔炼的条件下,在炉中加入工业纯镁、覆盖剂,溶化后加入Al、Be、RE、Zn、Sr、Mn,710—740℃时,加精炼剂精炼5—15分钟,然后变质处理,再精炼,710—740℃,静置10—20分钟,撇去浮渣,在680—740℃用浇包浇注,或低压铸造。

Description

铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺

本发明涉及的是一种阻燃镁合金及其熔炼工艺，尤其是一种铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺，属于金属材料类及冶金类领域。

现有技术中的镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，它具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼性能、切削加工性能、铸造性能好等优点。由于镁极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，生产中必须采用阻燃熔剂或在保护气氛下熔炼镁合金。镁合金阻燃熔剂主要由卤盐组成，在熔炼过程中将产生有毒腐蚀气体，造成严重的环境污染，还不可避免地使合金产生熔剂夹杂，降低合金的性能；在保护气氛下熔炼镁合金时，则存在设备复杂、投资巨大，同样会产生有害气体。另一方面，镁合金的其它加工过程也常常需要在有严格的防燃保护措施的条件下才能进行，例如，镁合金砂型铸造时必须在型砂中加入阻燃材料，浇注过程中必须有严格的防燃保护措施，镁合金的热处理需要在保护性气氛下进行。英国专利776649认为：Be和Ca能够改善镁合金的抗氧化性，并且，如果表面有氧化膜，这种镁合金熔炼时就不发生燃烧。但是，通常认为Be的加入量不宜过多，否则将引起晶粒粗化、恶化合金的机械性能，并增大热裂倾向。而加Ca的镁合金液受到搅动和冲击后容易发生燃烧，并且，机械性能也会降低。经多次文献检索，至今尚没发现有一种在无防燃保护措施条件下熔炼，也即在大气中直接熔炼，并保留镁合金良好铸造性能、机械性能以及切削加工性能的铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种在无防燃保护措施下熔炼，也即在大气中直接熔炼的新颖铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺。

本发明的技术方案主要如下：在无防燃保护措施下熔炼时，也即在大气中直接熔炼时，通过加入一定的阻燃及其它元素和运用相应的工艺方法，使镁合金表面生成致密的保护性氧化膜，从而阻止镁合金氧化燃烧的合金化途径。同时，由于Be、RE、Sr对阻燃性的提高，RE、Sr对铸造性能和机械性能的有益作用，以及Be含量与RE、Sr、Al、Zn、Mn元素含量的合理搭配，使得流动性与抗热裂性与AZ91镁合金相比得到了提高。从而获得能在大气中直接熔炼、适合于普通粘土烘模砂型、普通粘土表面干型砂型、水玻璃砂型、冷硬树脂砂型、热固性树脂砂型、金属型、低压铸造、热处理、高速切削加工、性能良好的铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺。本发明包括两大部分内容：

本发明的成分配方为(重量百分比)：6.0-8.0％Al、0.4-1.5％RE、0.2-1.0％Zn、0.001-0.3％Be、0.01-0.5％Sr、0.05-0.5％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

本发明的熔炼和铸造工艺为：在大气中直接熔炼的条件下，在熔炼炉中加入干燥的工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部化清后，加入阻燃合金元素和强化合金元素Be、RE、Zn、Sr、Mn，其中，Be、RE、Zn、Sr、Mn元素分别以Al-Be中间合金、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Sr、Al-Mn中间合金的形式加入，或将Al、Be、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Sr、工业纯Mn配成中间合金一起加入。待合金元素全部熔化后，搅拌合金液使成分均匀，然后浇注成分分析试样分析合金成分，合格后，当合金液温度升至710-740℃时，加入变质剂变质处理，然后加入精炼剂精炼5-15分钟，或者加入精炼剂精炼镁合金液5-15分钟，然后进行变质处理，并再次精炼，或者精炼镁合金液后进行变质处理，最后，温度控制在710-740℃，静置10-20分钟后，撇去浮渣，合金液就可以暴露于空气中完成以后的浇注操作和其它加工处理。铸造时，当合金液温度在680-740℃即可采用浇包浇注，或者在低压铸造炉内直接采用压缩空气给压进行低压铸造。

本发明具有实质性特点和显著的进步，在没有防燃保护措施的条件下熔炼，也即在大气中直接熔炼的条件下能够实现：不需要防燃保护措施直接用浇包浇注或低压铸造；不需要保护措施就可以在空气中热处理、高速切削加工，本发明的燃点大于800℃，室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性分别大于160MPa、2％、13J，100℃的抗拉强度、伸长率分别135MPa、3％，150℃的抗拉强度、伸长率分别大于125MPa、4％，而相同条件下铸造的AZ91镁合金的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性分别大于160MPa、2％、13J，100℃的抗拉强度、伸长率分别大于130MPa、3％，150℃的抗拉强度、伸长率分别大于120MPa、4％。

以下将结合实施例对本发明进一步描述：

实施例1

合金的成分(重量百分比)为：6.0％Al、1.5％RE、0.2％Zn、0.001％Be、0.01％Sr、0.05％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

按上述成分配制合金，在工业用镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，加入Al-Be中间合金、工业纯Zn、Al-Mn中间合金、金属Sr。当合金元素全部熔化、金属液温度升至710℃时，加入镁合金精炼剂精炼，然后进行变质处理，并再次精炼，最后温度控制在740℃，静置10分钟后，撇去金属液表面浮渣，即熔制好所需的镁合金液。当合金液温度达740℃，即可用浇包浇注。本发明的常温抗拉强度、伸长率能分别达到160MPa、2％。可以在无防燃保护措施条件下热处理和进行高速切削加工。

实施例2

合金的成分(重量百分比)为：8.0％Al、0.75％RE、1.0％Zn、0.3％Be、0.5％Sr、0.5％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其杂为Mg。

按上述成分配制合金，在工业用镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，加入Be、RE、Zn、Sr、Mn。当合金元素全部熔化、金属液温度升至740℃时，加入镁合金精炼剂精炼，然后进行变质处理，并再次精炼，最后温度控制在725℃，静置20分钟后，撇去金属液表面浮渣，即制得所需的合金液。当合金液温度达680℃，即可在低压铸造炉内直接采用压缩空气给压进行低压铸造。本发明的室温抗拉强度、伸长率能分别达到160MPa、2.0％。铸件可以在无防燃保护的条件下热处理和高速切削加工。

实施例3

合金的成分(重量百分比)为：7.0％Al、0.6％Zn、0.4％RE、0.15％Be、0.2525％Sr、0.2525％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

按上述成分配制合金，在工业用镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，将Al、Be、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Sr、工业纯Mn配成中间合金一起加入。当合金元素全部熔化、金属液温度升至710℃时，加入镁合金精炼剂精炼，然后进行变质处理，并再次精炼，最后温度控制在725℃，静置15分钟后，撇去金属液表面浮渣，即制得所需得金属液。当合金液温度达740℃，即可用浇包浇注。本发明的室温抗拉强度、伸长率能分别达到165MPa、2.5％。铸件可以在无防燃保护条件下热处理和高速切削加工。

Claims (4)

1、一种铸造阻燃镁合金，组分包括Al、Zn、Mn、Be、RE、Mg，其特征在于还包括Sr，成分配方为(重量百分比)：6.0-8.0％Al、0.4-1.5％RE、0.2-1.0％Zn、0.001-0.3％Be、0.05-0.5％Sr、0.05-0.5％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

2、一种铸造阻燃镁合金熔炼和铸造工艺，其特征在于在大气中直接熔炼的条件下，在熔炼炉中加入干燥的工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用的覆盖剂，待镁全部化清后，加入阻燃合金元素和强化合金元素Be、RE、Zn、Sr、Mn，当合金元素全部熔化，合金液温度升至710-740℃时，加入变质剂变质处理，然后加入精炼剂精炼5-15分钟，或者加入精炼剂，精炼合金液5-15分钟，然后进行变质处理，并再次精炼，或者精炼镁合金液后进行变质处理，最后，温度控制在710-740℃，静置10-20分钟后，撇去浮渣，合金液可在大气中直接铸造和其他加工。

3、根据权利要求2所述的这种铸造阻燃镁合金熔炼和铸造工艺，其特征还在于Be、RE、Zn、Sr、Mn元素可以分别以Al-Be中间合金、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Sr、Al-Mn中间合金的形式加入；或者将Al、Be、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Sr，工业纯Mn配成中间合金一起加入。

4、根据权利要求2所述的这种铸造阻燃镁合金熔炼和铸造工艺，其特征还在于当合金液温度在680-740℃即可采用浇包浇注，或者在低压铸造炉内直接采用压缩空气给压进行低压铸造。