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镁合金熔炼的变质处理 -极速彩票平台注册_平台首页
 
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    (1)变质剂
  变质处理在镁合金铸造生产实际中的应用非常广泛.早期人们采用一种过热变质处理法,即将经过精炼处理的镁合金熔体过热到875~925℃,保温10~15min后快速冷却到浇注温度,再进行浇注,具有细化晶粒的作用.研究表明,过热变质处理能显著细化ZM5合金中的Mg17Al12相,但是这种工艺存在很大缺点.在过热变质处理过程中,镁合金熔体的过热温度很高,从而明显增加了镁的烧损,降低了坩锅的使用寿命和生产效率,增加了熔体中的铁含量和能源消耗.因此,过热变质处理在生产实际中应用并不普遍,已经基本淘汰了.目前,熔炼镁合金时常用的变质剂有含碳物质,C2Cl6和高熔点添加剂如Zr,Ti,B,V等.下面简单介绍以下几种常用变质剂的晶粒细化机理及效果.
  1)含碳变质剂
  碳不能固溶于镁中,但可与镁反应生成Mg2C3和MgC2化合物.碳对Mg-Al系或Mg-Zn系合金具有显著的晶粒细化作用,而对Mg-Mn系合金的细化效果非常有限.人们对含碳变质剂细化镁合金晶粒的机理提出了多种假设.Battelle Memorial研究所认为C加入到Mg-Al系合金熔体后,C与Al反应生成大量细小,弥散的Al4C3质点,其晶格常数与镁的非常接近,可作为形核质点,从而可以细化镁合金的晶粒.目前这种假设得到了普遍认可,但仍缺乏试验依据.
  工业上常用的含碳变质剂有菱镁矿(MgCO3),大理石(CaCO3),白垩,石煤,焦炭,CO2,炭黑,天然气等.其中MgCO3,CaCO3最为常见.以MgCO3为例,MgCO3加入到Mg-Al合金熔体中后,发生下列反应
  MgCO3=MgO+CO2↑ (7-16)
  CO2+2Mg=2MgO+C (7-17)
  3C+4Al=Al4C3 (7-18)
  镁合金熔体中会产生大量细小而难熔的Al4C3质点,呈悬浮状态并在凝固过程中充当形核基底.MgCO3的加入量一般为合金熔体质量的(0.5~0.6)%,熔体温度为760~780℃,变质处理时间5~8min.
  2)C2Cl6
  C2Cl6是镁合金熔炼中最常用的变质剂之一,可以同时达到除气和细化晶粒的双重效果.Q.L.Jin等开展了C2Cl6对AZ31合金晶粒细化效果的研究,研究表明铸件中形成了Al-C-O化合物质点来充当晶核的核心.AZ31 经过C2Cl6变质处理后晶粒尺寸由280μm下降到120μm,抗拉强度明显提高.对ZM5合金而言,C2Cl6的变质处理效果比MgCO3好得多.此外,也可以采用C2Cl6和其他变质剂进行复合变质处理,其效果更好.在Mg-Al合金熔体底部放置C2Cl6或环氯苯片也可以达到细化晶粒和除气的双重目的.
  3)其它变质剂
  锆对Mg-Zn系,Mg-RE系和Mg-Ca系等合金具有明显的晶粒细化作用,是目前镁合金熔炼中较常用的晶粒细化剂,但其晶粒细化机理尚不十分清楚.
  在添加等量锆的情况下,锆合金化条件不同,其晶粒细化效果存在显著差异.Sauerwald认为只有浇注时溶入镁液中的那部分锆才具有晶粒细化作用,这种观点在20世纪60年代中期以前得到普遍认可.基于光学显微组织观察,Emley提出包晶温度下Zr粒子从熔体中分离出来并与镁液反应生成富锆的镁基固溶体,直到剩余熔体内锆含量下降至较低值.同时他指出在包晶温度附近形成的富锆粒子具有促进熔体形核的作用.由于α-Zr是镁合金的形核质点,Tamura等研究了不同工艺条件下(包括搅拌时间,熔体静置时间等)往720℃镁液中添加1mass.% Zr对所形成的Mg-Zr合金晶粒尺寸的影响.他们发现在镁熔体浇注前重新搅拌时晶粒细化效果更显著,由于重新搅拌前后固溶的锆没有发生变化,这说明部分不溶于镁液的锆也具有晶粒细化作用.M.Qian等认为镁锆合金的晶粒细化效果主要来自于固溶于镁中的锆,而没有固溶的那部分锆只有约30%的晶粒细化作用.
  通常,Mg-Zr合金熔体中的加锆量稍高于理论值.只有熔体中可溶于酸的锆过饱和时,Mg-Zr合金才能取得最佳的晶粒细化效果.由于熔体中还可能存在各种污染物,导致生成不溶于酸的锆化物,因此熔体中尽可能不要含铝和硅.此外,有必要保留坩锅底部含锆的残余物质(包括不溶于酸的锆化物).为了防止液态残渣浇注到铸件中,铸型浇注后坩锅中要预留足量的熔融合金(大约为炉料质量的15%).浇注时要尽量避免熔体过分湍流和溢出,并且熔炼工艺中要保证足够的静置时间.
  表7.11所示为Mg-Al系合金的变质剂及其用量和处理温度.Mg-Al系合金经过变质处理后还需要精炼.ZM1,ZM2,ZM3,ZM4和ZM6合金采用锆对合金进行晶粒细化,不需要进行上述变质处理.对于Mg-Zn合金系,加入0.5mass.%Zr可以起到很好的变质效果.采用0.5 mass.%Sc+(0.3~0.5)mass.%Sm可使Mg-Mn系合金的晶粒细化,(0.2~0.8)mass.%La也可以使Mg-Mn系合金的晶粒细化.
  表7.11 Mg-Al系合金的变质剂及其用量和处理温度
  变质剂
  用量(占炉料质量分数)/%
  处理温度/℃
  碳酸镁或菱镁矿
  碳酸钙
  六氯乙烷
  0.25~0.5
  0.5~0.6
  0.5~0.8
  710~740
  760~780
  740~760
 
 
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