CN1431444A - 一种用于镁合金熔炼的坩埚及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种用于镁合金熔炼的坩埚及其制备工艺，属于镁合金熔炼设备技术领域。本发明采用双层金属材料复合而成。该坩埚内层为低碳钢或含Co的低碳合金钢，外层为1Cr18Ni9Ti不锈钢，两层之间冶金结合。内层采用低碳钢或含钴的低碳合金钢，在高温时不会给镁合金液带来污染；同时采用含钴低碳合金钢，700℃左右时坩埚的高温强度和抗高温蠕变性能比普通碳钢分别提高20％和40％；金属Co为镁合金的有益元素，镁合金内加入少量的Co元素，可提高镁合金的强度和耐腐蚀性。外层的不锈钢层可确保在高温时，坩埚不氧化脱落，双层之间的冶金结合同时也确保整个坩埚的高温强度和抗高温蠕变性能大幅度提高，比普通的碳钢坩埚提高40％～60％。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金熔化保温炉设备，特别涉及一种镁合金熔炼用的双层金属坩埚及其制备工艺，属于合金熔炼设备技术领域。
背景技术
我国在压铸镁合金研究方面起步较晚，用于镁合金压铸的配套熔化炉主要依赖进口。由于镁和镁合金化学活泼性高，镁合金熔炉与铝合金熔炉有很大差别。镁合金在熔化、浇注过程中除必须采取适当的保护措施，镁合金熔炉除应具有密封结构外，同时还要求镁合金熔化炉的坩埚具有高温强度高、耐腐蚀性强，不污染镁液等特点。熔化炉的技术核心在于耐持久不污染的熔化坩埚和保护气供气系统。
镁合金熔化坩埚是一种高温服役件，长时间工作温度是700℃左右，在高温工作环境下坩埚同时要受到镁液的张力、镁液的腐蚀、空气或其它气体的腐蚀作用等。不锈钢具有高温强度高、高温耐氧化、耐腐蚀性强等特点，但不锈钢内含有Ni、Cu等合金元素，该元素一旦与高温的镁合金液接触，便很容易置换溶解到镁合金液中。Ni、Cu元素一直是镁合金的有害元素，镁合金内一旦进入很少的Ni、Cu元素，合金的力学性能、耐腐蚀性等将急剧下降，所以具有优良性能的不锈钢材料不得不被镁合金拒之门外。
现有技术一般采用普通碳钢材料制备坩埚，该种材料的坩埚虽然不会对镁合金液造成污染，但该材料高温强度较低，在700℃左右时，其抗蠕变性能很差，很难满足在700℃左右长时间盛满几百公斤的镁液；同时，该材料在700℃左右时极易氧化和剥落，所以采用普通碳钢制备的坩埚，寿命很低，可靠性较差。
发明内容
本发明的目的是针对镁合金熔炼工作的特点，提供一种用于镁合金熔炼的坩埚，使其在高温时不会给镁合金液带来污染，同时具有较高的高温强度和抗高温蠕变性能。
本发明的另一目的是提供一种镁合金熔炼坩埚的制备工艺。
本发明的技术方案如下：
一种用于镁合金熔炼的坩埚，它由双层金属复合材料构成，其内层为低碳钢或含Co的低碳合金钢，外层为1Cr18NigTi不锈钢，两层之间冶金结合。
本发明所述坩埚内层采用的低碳合金钢，优选为含Co1～10％的低碳合金钢，最佳为采用含Co9％的低碳合金钢。
本发明还提供了一种上述镁合金熔炼坩埚的制备工艺，其特征在于该工艺是在成型的低碳钢或含钴低碳合金钢坩埚的外表面采用氩弧焊均匀地堆焊上一层1Cr18Ni9Ti不锈钢。
本发明提供的上述另一种镁合金熔炼坩埚的制备工艺，其特征在于该工艺在成型的1Cr18Ni9Ti不锈钢坩埚的内表面采用氩弧焊均匀地堆焊上一层低碳钢或含钴低碳合金钢材料，并打磨光滑。
本发明充分考虑了用于镁合金坩埚的工作特点，采用双层金属复合材料制成，具有寿命长、持久、不污染的优点。内层采用低碳钢或含钴的低碳合金钢，在高温时不会给镁合金液带来污染，采用含钴低碳合金钢时不但可提高钢材的室温强度，更能提高钢材的高温强度和抗高温蠕变性能，700℃时其高温强度和抗高温蠕变性能比普通碳钢分别提高20％和40％；同时金属Co为镁合金的有益元素，镁合金内加入少量的Co元素，可提高镁合金的强度和耐腐蚀性，同时对镁合金的塑性影响也不十分明显。外层的不锈钢层可确保在高温时，坩埚不氧化脱落，双层之间的冶金结合同时也确保整个坩埚的高温强度和抗高温蠕变性能又大幅度提高，比普通的碳钢坩埚提高40％～60％。本发明提供的工艺方法具有操作简单，无需特殊的设备即可完成。
具体实施方式
本发明提供的坩埚采用双层结构，双层之间冶金结合。采用两种堆焊工艺制备双层金属坩埚。第一种工艺是在成型的低碳钢或含钴低碳合金钢坩埚的外表面采用氩弧焊均匀地堆焊上一层1Cr18Ni9Ti不锈钢；坩埚内层厚度一般为15-25mm，外层采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，外层厚度3-10mm。试验表面，内层含Co低于1％时不能明显提高坩埚强度和高温抗蠕变性，含Co高于10％时钢的脆性增加，且成本升高。第二种是在成型的10r18Ni9Ti不锈钢坩埚内表面采用氩弧焊均匀堆焊上一层低碳钢或含钴的低碳合金钢，其内层厚度为3-8mm：外层厚度为10-20mm，并打磨光滑。
本发明所述的双层之间的冶金结合也可以采用喷涂的方法实现。
该材料和工艺制备的坩埚，不但可以用于镁合金的熔炼、保温，同时也可以用于镁合金废料的再生。
实施例1：
本发明的实施例采用含Co9％的20#低碳合金钢作为坩埚的内层，首先进行坩埚成型，其厚度为20mm；然后在成型的坩埚的外表面采用氩弧焊均匀地堆焊厚度为6mm的一层1Cr18Ni9Ti不锈钢。内层采用含钴低碳合金钢，在700℃左右其高温强度和抗高温蠕变性能比普通碳钢分别提高20％和40％；外层堆焊一层1Cr18Ni9Ti不锈钢时，该坩埚比普通的碳钢坩埚的高温强度和抗高温蠕变性能提高40％～60％。
表1：含钴9％的20#碳钢高温力学性能测试结果
| 试验 | 高温 | 高温瞬时拉伸 | 高温持久拉伸 | |||||||
| 温度 | 硬度 | σb | σ0.2 | δ5 | ψ | 应力 | 时间 | δ5 | ψ | 状态 |
| ℃ | HV | MPa | MPa | ％ | ％ | MPa | h | ％ | ％ | |
| 650 | - | 557 | 463 | 29.5 | 79.5 | - | - | - | - | - |
| 700 | 191 | 427 | 317 | 32 | 86.5 | 230 | 17 | 35 | 87 | 拉断 |
| 750 | - | 227 | 173 | 51 | 96 | - | - | - | - | - |
Claims (5)
1.一种用于镁合金熔炼的坩埚，其特征在于：它由双层金属材料复合而成，其内层为低碳钢或含Co的低碳合金钢，外层为1Cr18Ni9Ti不锈钢，两层之间冶金结合。
2.按照权利要求1所述的用于镁合金熔炼的坩埚，其特征在于：所述内层采用含Co1～10％的低碳合金钢。
3.按照权利要求1所述的用于镁合金熔炼的坩埚，其特征在于：所述内层采用含Co9％的低碳合金钢。
4.一种如权利要求1～3任一权利要求所述的镁合金熔炼坩埚的制备工艺，其特征在于：该工艺是在成型的低碳钢或含钴低碳合金钢坩埚的外表面采用氩弧焊均匀地堆焊上一层1Cr18Ni9Ti不锈钢。
5.一种如权利要求1～3任一权利要求所述的镁合金熔炼坩埚的制备工艺，其特征在于：该工艺是在成型的1Cr18Ni9Ti不锈钢坩埚的内表面采用氩弧焊均匀地堆焊上一层低碳钢或含钴低碳合金钢材料，并打磨光滑。
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