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一种细化镁合金凝固组织的制备方法

阅读:850发布:2021-06-09

专利汇可以提供一种细化镁合金凝固组织的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种细化镁 合金 凝固 组织的制备方法,适用于 汽车 、通讯 电子 和航空航天等工业领域需求高性能复杂薄壁镁合金构件的制备。将使用丙 酮 清洗过的镁合金原材料放入 坩埚 电阻 炉中,在四氟乙烷(CH2F4)和CO2混合气体保护下进行熔炼、保温20min后,加入精炼剂进行精炼,并搅拌混合均匀,待熔体 温度 再次达到熔炼时,保温20min;将熔炼成的镁合金熔体浇注到在立式离心 力 场下高速旋转的金属铸型中,浇注完成后20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室温后取出,制备出镁合金铸件。细化了镁合金的凝固组织,提高了铸件的性能,扩大了镁合金铸件的应用领域。,下面是一种细化镁合金凝固组织的制备方法专利的具体信息内容。

1. 一种细化镁合金凝固组织的制备方法,其特征在于包括如下步骤:a.将用丙清洗过的镁合金原材料放入最高熔炼温度为1400°C的坩埚电阻炉中,在四 氟乙烷(CH2F4)和CO2混合气体保护下进行熔炼,熔炼温度为710°C _730°C,保温20min ;b.加入C2Cl6作为精炼剂进行精炼,同时进行搅拌混合均勻,待熔体温度再次达到 7100C _730°C时,保温 20min ;c.选用旋转速度最高达到2000rpm、离心转盘直径为600mm的立式离心铸造设备、45 号制作的能制备出的铸件最大直径为480mm的金属模具,在金属模具内表面抹一层保温 涂料,将金属模具预热到300°C,并且将金属模具用螺栓紧固在立式离心铸造设备的离心转 盘上;d.待离心转盘旋转稳定5min后开始浇注,将熔炼成的镁合金熔体浇注到在立式离心 场下高速旋转的金属铸型中,浇注完成后20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室 温后取出,制备出镁合金铸件。

说明书全文

一种细化镁合金凝固组织的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种细化镁合金凝固组织的制备方法,尤其适用于汽车、通讯电子和 航空航天等工业领域需求高性能复杂薄壁构件的制备。

背景技术

[0002] 镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属”。在交通运输、通讯电子、航空航天以及一 些节约能源资源领域正得到日益广泛的应用。因此,镁合金的研制被国家纳入着开发的 项目之一。然而,目前镁合金的应用远不如同期发现的合金那么广泛,究其原因,主要是 因为目前的镁合金:绝对强度仍然偏低,尤其是高温力学性能较差;化学活性高,易于化 燃烧,使其熔炼加工困难;抗腐蚀性差,缺乏有效和积极的腐蚀防护途径。细化镁合金凝固 显微组织是提高其性能的有效途径之一。
[0003] 大量研究表明,在镁合金熔体成形工艺过程中,如果向合金熔体中加入元素Sb、 Zr、Ce、Y、Nd和Ca混合稀土,可以达到细化晶粒的目的。合金熔体成形工艺中细化晶粒的 另一种方法是向熔体中加入晶粒细化剂。晶粒细化剂主要是含的化合物。由于该方法操 作温度低,细化效果衰退小,已经成为Mg-Al系合金主要的晶粒细化技术。过热处理也是镁 合金凝固组织的一种细化手段。过热处理虽然可以细化晶粒,但是由于熔体温度的升高使 得氧化和吸气现象更加严重,而且不利于杂质的分离,反而降低铸锭质量。搅拌合金熔体 可以细化显微组织,主要是借助超声场、电磁场等方式对合金熔体施加强烈外力以达到细 化晶粒的一种熔体处理工艺。
[0004] 在上面提到细化镁合金凝固组织的各种方法中,虽然细化了显微组织,但是在制 备镁合金铸件时难于成形,因此需要采用特种制备技术成形镁合金复杂薄壁构件。压铸就 是其中方法之一。镁合金在压力下凝固可以成形复杂构件,提高显微组织的致密性。目前 用在压铸上的镁合金有AZ91、AM50、AS41、AE42等,主要研究镁合金的高温使用性能、延展 性、耐蚀性等方面。还有学者采用了熔模铸造方法制备镁合金构件,采用酸做阻燃剂涂灌 型壳、结合低压辅助充型等工艺措施,从而获得结构完整的熔模铸件。一些结构很复杂、壁 厚较薄、并且对于表面粗糙和尺寸公差要求很严格的铸件,可以采用熔模铸造来生产。随着 汽车、航空等领域的发展,对镁合金零件的形状提出了更高、更复杂的要求,而镁合金消失 模铸造无疑是解决以上问题的方法之一。Lim S等研究了实体消失模铸造对AZ91D组织和 性能的影响。
[0005] 综上所述,目前细化晶粒尺寸的各种方法确实对于特定的镁合金起到了细化效 果,但对于复杂薄壁构件却很难成形。虽然压力铸造、熔模铸造和消失模铸造可以成行复杂 薄壁构件,但是对镁合金显微组织细化效果不明显,而且还工序复杂,成本较高。因此寻找 一种对于镁合金,在成形完整构件的条件下,细化凝固显微组织的制备方法成为难题。本发 明提出了在立式离心力场下成形完整镁合金复杂构件的前提下,获得细化凝固组织的新途 径。发明内容
[0006] 技术问题:本发明的目的是克服已有技术中存在的问题,提供一种细化镁合金凝 固组织的制备方法。
[0007] 技术方案:本发明的细化镁合金凝固组织的制备方法,包括如下步骤:a.将使用丙清洗过的镁合金原材料放入最高熔炼温度为1400°C的坩埚电阻炉中,在 四氟乙烷(CH2F4)和(X)2混合气体保护下进行熔炼,熔炼温度为710°C _730°C,保温20min ;
b.加入C2Cl6作为精炼剂进行精炼,同时进行搅拌混合均勻,待熔体温度再次达到 7100C _730°C时,保温 20min ;
c.选用旋转速度最高达到2000rpm、离心转盘直径为600mm的立式离心铸造设备、45 号制作的能制备出的铸件最大直径为480mm的金属模具,在金属模具内表面抹一层保温 涂料,将金属模具预热到300°C,并且将金属模具用螺栓紧固在立式离心铸造设备的离心转 盘上;
d.待离心转盘旋转稳定5min后开始浇注,将熔炼成的镁合金熔体浇注到在立式离心 力场下高速旋转的金属铸型中,浇注完成后20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室 温后取出,制备出镁合金铸件。
[0008] 有益效果:本发明利用坩埚电阻炉熔炼镁合金,采用立式离心铸造设备,通过金属 铸型制备出显微组织得到细化的镁合金构件。合金熔体结晶过程中增加了形核质点,增大 了凝固速度,导致制备的镁合金凝固组织得到细化。不仅缩短了合金熔体充填铸型的时间, 而且还减缓了熔体温度下降的趋势,大大提高了合金熔体的流动性,是改善薄壁铸件充填 性的最有效方法之一。其制备方法简单、生产效率高、加工量少、成本低廉、操作简便、效果 稳定,具有广泛的应用前景。主要优点如下:(1)采用立式离心铸造工艺,改变了传统细化镁合金凝固组织的方法,制备出的镁合金 显微组织得到了显著细化。
[0009] (2)采用坩埚电阻炉、离心铸造机等普通设备,制作工艺简便,加快了生产周期,降 低了能耗,节约了成本。
[0010] (3)通过离心铸造工艺参数来控制获得的镁合金凝固组织,便于操作,安全稳定。
[0011] (4)制备出的镁合金构件,力学性能得到显著提高,能够满足特定场合需要。附图说明
[0012] 图1是已有技术在重力场下金属铸型制备的镁合金铸件的金相图
[0013] 图2是本发明在立式离心转速400rpm离心半径0. Im金属铸型制备的镁合金铸件 的金相图。

具体实施方式

[0014] 本发明的细化镁合金凝固组织的制备方法:采用立式离心铸造设备,借助坩埚电 阻炉和金属铸型,制备出显微组织得到明显细化的镁合金完整构件,具体实施步骤如下:实施例一、
a.在纯镁粉中添加质量百分比为9. 1044%的Al粉、0. 6479%的Si粉、0. 2236%的Mn 粉、0. 0276% 的 Si 粉、0. 0012% 的 Cu 粉、0. 0005% 的 Ni 粉、0. 0028% 的 Fe 粉、0. 0008% 的 Be粉、0. 0014%的1¾粉混合而成的镁合金原材料,使用丙酮清洗,将使用丙酮清洗过的镁合 金原材料完全干燥后放入到坩埚电阻炉里,坩埚电阻炉最高熔炼温度1400°C,在四氟乙烷 (CH2F4)和(X)2混合气体保护下进行熔炼,熔炼温度710°C,保温20min ;
b.加入六氯化碳(C2Cl6)作为精炼剂进行精炼,采用机械搅拌的方法混合均勻,待熔体 温度达到710°C保温20min ;
c.选取的立式离心铸造设备旋转速度最高达到2000rpm,离心转盘直径600mm,采用45 号钢制作金属模具,金属模具所能制备出的铸件最大直径为480mm,在金属模具内表面抹一 层保温涂料,使用加热炉把金属模具预热到300°C,金属模具用螺栓紧固在离心转盘上;
d.待立式离心转盘旋转起来稳定5min后开始浇注,将熔炼成的镁合金熔体浇注到 在立式离心力场下以400rpm高速旋转、离心半径为0. Im的金属铸型型腔中,浇注完成后 20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室温后取出,制备出镁合金铸件;这样制备的镁 合金构件成型完整并且凝固组织得到细化,所达到的技术指标:抗拉强度278Mpa,屈服强 度112 Mpa,延伸率7. 4%。
[0015] 实施例二、a.在纯镁粉中添加质量百分比为3. 2%的Al粉、0. 78%的Si粉、0. 38%的Mn粉混合而 成的镁合金原材料,使用丙酮清洗,将使用丙酮清洗过的镁合金原材料完全干燥后放入到 坩埚电阻炉里,坩埚电阻炉最高熔炼温度1400°C,在四氟乙烷(CH2F4)和CO2混合气体保护 下进行熔炼,熔炼温度730°C,保温20min ;
b.加入六氯化碳(C2Cl6)作为精炼剂进行精炼,采用机械搅拌的方法混合均勻,待熔体 温度达到730°C保温20min ;
c.选取的立式离心铸造设备旋转速度最高达到2000rpm,离心转盘直径600mm,采用45 号钢制作金属模具,金属模具所能制备出的铸件最大直径为480mm,在金属模具内表面抹一 层保温涂料,使用加热炉把金属模具预热到300°C,金属模具用螺栓紧固在离心转盘上;
d.待立式离心转盘旋转起来稳定5min后开始浇注,将熔炼成的镁合金熔体浇注到 在立式离心力场下以200rpm高速旋转、离心半径为0. 2m的金属铸型型腔中,浇注完成后 20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室温后取出,制备出镁合金铸件;所达到的技术 指标:抗拉强度232Mpa,屈服强度98 Mpa,延伸率6. 6%。
[0016] 实施例三、a.在纯镁粉中添加质量百分比为9. 9%的Al粉、0. 5%的Si粉、0. 5%的Mn粉混合而成 的镁合金原材料,使用丙酮清洗,将使用丙酮清洗过的镁合金原材料完全干燥后放入到坩 埚电阻炉里,坩埚电阻炉最高熔炼温度1400°C,在四氟乙烷(CH2F4)和(X)2混合气体保护下 进行熔炼,熔炼温度720°C,保温20min ;
b.加入六氯化碳(C2Cl6)作为精炼剂进行精炼,采用机械搅拌的方法混合均勻,待熔体 温度达到720°C保温20min ;
c.选取的立式离心铸造设备旋转速度最高达到2000rpm,离心转盘直径600mm,采用45 号钢制作金属模具,金属模具所能制备出的铸件最大直径为480mm,在金属模具内表面抹一 层保温涂料,使用加热炉把金属模具预热到300°C,金属模具用螺栓紧固在离心转盘上;
d.待立式离心转盘旋转起来稳定5min后开始浇注,将熔炼成的镁合金熔体浇注到 在立式离心力场下以300rpm高速旋转、离心半径为0. 15m的金属铸型型腔中,浇注完成后20min停止离心旋转,待镁合金铸件冷却到室温后取出,制备出镁合金铸件;抗拉强度 267Mpa,屈服强度109 Mpa,延伸率7. 6%。
[0017] 从图2与图1中显示的晶状体可以看出:本发明经离心铸造成型制备的镁合金构 件显微组织得到了明显的细化。
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