鑄造鎂合金的熔煉技術

   時間:2014-03-14 00:40:13
鑄造鎂合金的熔煉技術簡介
        1 鑄造鎂合金液的阻燃技術   1.1 熔劑保護法   利用低熔點的化合物在較低的溫度下熔化成液態,在鎂合金液面鋪……
鑄造鎂合金的熔煉技術正文

   1 鑄造鎂合金液的阻燃技術
1.1 熔劑保護法
利用低熔點的化合物在較低的溫度下熔化成液態,在鎂合金液面鋪開,因阻止鎂液與空氣接觸從而起到保護作用。現在普遍使用的熔劑由無水光鹵石(MgCI2—KC)為主,添加一些氟化物、氯化物組成。該劑使用較方便,生產成本低,保護使用效果好,適合於中小企業的生產特點。但是,該劑使用前要重新脫水,使用時會釋放出嗆人的氣味。由於熔劑的密度較大會逐漸下沉,需要不斷添加。使用過程中釋放出大量有害氣體,污染環境、腐蝕廠房嚴重。因此,研究新型的覆蓋、精鍊效果好且無公害的鎂合金熔劑是一項重要課題。
1.2氣體保護法
氣體保護法是在鎂合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鎂反應生成緻密氧化膜的氣體,從而隔絕空氣中的氧,採用的主要保護氣體是SF6、S02、CO2、Ar、N2等。為了進一步提高保護作用和減少較貴的SF6氣體的用量,國外一般在SF6氣體中混合空氣或其他乾燥氣體如CO:混合氣體保護效果好,但是存在以下問題:1)污染環境,SF6會產生S02、SF4等有毒氣體,SF6對全球變的作用是CO2的24900倍;2)設備複雜,需要複雜的混氣裝置和密封裝置;3)腐蝕設備,顯著降低坩堝使用壽命。
1.3 合金化法
過去人們採用在鎂合金中添加鈹元素來提高鎂合金的阻燃性能,但鈹的毒性較大,且加入量過高會引起晶粒粗化和增加熱裂傾向,因此受到添加量的限制。日本學者研究認為,添加一定量的鈣能明顯提高鎂合金的著火點溫度,但是存在著加入量過高,且嚴重惡化鎂合金的力學性能。同時加入鈣和鋯具有阻燃效果。國內研究認為,在鎂合金AZ91D中加入稀土鈰可有效提高鎂合金的起燃溫度。
2 鎂合金熔體的變質處理技術
鎂合金熔煉變質的目的是改變鎂合金的組織形態,該工藝對合金的晶粒大小和力學性能有較大的影響,且對鎂液中的氧化夾雜亦有一定影響。研究表明,對於不含Al的鎂合金,採用鋯進行變質處理具有很好的晶粒細化效果,作用原理是Zr發生包晶反應,促進晶粒細化。在Mg—Al類合金中加入合適的碳素材料后,使其與合金液起化學反應生成A1C4,該化合物可以起到外來晶核的作用,促使鎂合金的晶粒細化。在AZ91鎂合金基礎上添加不同含量的混合稀土,對其鑄態和固溶時效的組織及性能也有明顯的效果。
3 鎂合金成形技術
文獻對鎂合金成形技術的進展做了詳細的闡述。鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法,當前主要使用鑄造成形工藝。鎂合金可以砂型鑄造、消失模鑄造、壓鑄、半固態鑄造等方法成型,近年來發展起來的鎂合金壓鑄新技術有真空壓鑄和充氧壓鑄,前者已成功生產出AM60B鎂合金汽車輪毅和方向盤,後者也己開始用於生產汽車上的鎂合金零件。解決汽車大型和複雜形狀零部件的成形問題是當前進一步開發和改進鎂合金成形加工技術的方向。這裡就現在常用的鎂合金鑄造方法作一簡要介紹。
3.1 壓鑄
該方法是將熔化的鎂合金液,高速高壓注入精密的金屬型腔內,使其快速成形。根據把鎂液送入金屬型腔的方式,壓鑄機可分為熱室壓鑄機和冷室壓鑄機兩種。
1)熱室壓鑄機。其壓室直接浸在坩堝內鎂液中,長期處於被加熱狀態,壓射部件裝在坩堝上方。這樣壓鑄每循環一次時,不必特意給壓室供給鎂液,所以生產能快速、連續,易實現自動化。熱室壓鑄機的優點是生產工序簡單,效率高;金屬消耗量少,工藝穩定;壓入型腔的鎂液較乾淨,鑄件質量較好;鎂液壓人型腔時流動性好,適於壓薄壁件。但壓室、壓鑄沖頭及坩堝長期浸在鎂液中,影響使用壽命,對這些熱作件材料要求較高。鎂合金熱室壓鑄機更適合生產一些薄壁而外觀要求較高的零件,如手機和掌上電腦外殼等,但由於鎂合金熱室壓鑄機是採用沖頭直接將鎂合金液經過封閉的鵝頸和噴嘴壓人金屬模型腔,因此壓射時增壓壓力較小,一般不適用於汽車、航天航空等大型、壁厚、載荷大的零件。
2)冷室壓鑄機。每次壓射時,先由手工或通過自動定量給料機把鎂液注入壓射套筒內,因而鑄造周期比熱室壓鑄機要長些。冷室壓鑄機的特點是:壓射壓力高,壓射速度快,所以可以生產薄壁件,也可以是厚壁件,適應範圍寬;壓鑄機可大型化,且合金種類更換容易,也可與鋁合金並用;壓鑄機的消耗品比熱室壓鑄機的便宜。多數情況下,對大型、厚壁、受力和有特殊要求的壓鑄件採用冷室壓鑄機生產。
鎂合金壓鑄時,由於壓射速度高,當鎂液充填到模具型腔時,不可避免會有金屬液紊流及卷氣現象發生,造成工件內部和表面產生孔洞缺陷,因此對於要求高的鑄件,如何提高其成品率是鎂合金壓鑄所面臨的主要問題之一。
3.2 半固態成形技術
鎂合金半固態成形是近年來發展起來的成形技術,可以獲得高緻密度的鎂合金製品,是具競爭力的鎂合金成形方法。半固態成形主要有以下幾種方法。
3.2.1 觸變鑄造
觸變鑄造是將製備的非枝晶組織的棒料定量切割后重新加熱至液固兩相區(固相體積分數為50%—80%),然後再採用壓鑄或模鍛工藝半固態成形,觸變鑄造不使用熔化設備,錠料重新加熱后便於輸送和加熱,易於實現自動化;但是,製備預製坯料需要巨大的投資,而且關鍵技術為國外少數幾家公司所壟斷,導致其成本居高不下,僅適於製造需高強度的關鍵零件。
3.2.2 流變鑄造
流變鑄造採用金屬熔體做原料,冷卻攪拌產生半固態合金漿料后,以管路或容器輸送至壓鑄機直接成形,對於流變鑄造,由於非枝晶半固態合金漿料在保持、狀態控制和輸送等方面存在著困難,在很大程度上限制了其工業應用,從而慢於觸變鑄造工業應用的步伐。隨半固態鑄造技術的進展,觸變鑄造在預製材料均勻性及成本、感應加熱控制及材料消耗、成形過程的可靠性及重複性、廢料回收等方面的限制越來越明顯,其經濟效益很難盡人如意,因此開發流變鑄造再度受到人們的重視,日本日立製作所及UBE都開發出新的流變鑄造工藝及設備。總之,流變鑄造不僅可以低成本生產高質量的成形件,而且生產流程將比觸變鑄造顯著縮短,更易於與傳統壓鑄技術接軌,減少設備投資。

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