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第6年
第6年 
第6年
来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-05-21 13:32:22 [举报]
变形镁合金锭的基本铸造工艺参数是速度、温度、冷却水压和结晶器高度，个的可调可控力度大，结晶器一旦制造完毕，它的高度就定下来了。此外，还有一些未纳入制度的相对不太重要的参数，它们也对铸锭组织、裂纹敏感性、致密度、表面品质有一定的影响，例如结晶器锥度、内表面粗糙度、水孔大小、水的喷射角度，铸造漏斗直径、孔径、孔数、沉入熔体深度，等等。
在不同的铸造速度时，铸造速度越大，冷却强度也大，液穴深度随着变小。结晶器高度变小时，强却强度也随着变弱。
在铸造镁合金圆锭时，在一般情况下，采用高一些结晶器，可以避免通心裂纹。加高结晶器高度，如果调低铸造速度，则表面会产状淬火裂纹。对于热脆性较敏感的合金，若采用低结晶器，相应降低铸造速度，但此时锭表面的冷隔成层缺陷却会增多，同时还可能产生横向裂纹。因此，应合理确定结晶器高度与铸造速度，一旦结晶器高度确定了，也就可以选定铸造速度，铸得既无裂纹，表面品质又好的锭坯。
铸造速度一定时，结晶器越高液穴也越深，但当结晶器高度大于200mm后，提高结晶器高度，液穴的变化也不十分明显。
提高结晶器高度，也即相对降低了凝固速度，可延长金属中间化合物的生长时间。结晶器越高，对镁合金金属中间化合物尺寸的增大和数量的增多影响也越明显。在铸造200mm×800mm扁锭时，中间金属化合物的偏析与结晶器高度的关系见表1。
综合各方面的因素，当铸造直径350mm~690mm锭时，结晶器高度以145mm~250mm为佳；铸造200mm×800mm扁锭的适宜结晶器高度为250mm；铸造260mm×960mm的结晶器高度为300mm。
MB15合金的热裂纹敏感性较大，对水冷强度非常敏感，可采取推迟二次水冷方法，不但不会产生热裂纹，而且铸锭表面品质也有所提高。
镁合金的熔炼铸造工艺与铸锭品质对镁材质量、成品率高低攸攸相关，实践统计证明，镁材缺陷的75%以上都或多或少是由于铸锭带来的。镁合金锭的铸造的铸造工艺有：铁模铸造，水冷模铸造与半连续铸造。前两种工艺现在很少用了，所生产的锭坯还不到总数的5%。半连续铸造法的优点可概括为：
凝固速度快，改善了铸锭组织，减少了成分偏析，提高了锭坯的力学性能。
由于改善了熔铸系统，减少了氧化夹杂及其他非金属夹杂物，金属杂质含量也有所下降，合金纯净得到了很大提高。熔铸设备对MA8合金的纯净度也有一定的影响。
合理的结晶顺序，铸锭的致密度得到提高，锭中心的疏松大幅度地下降。
锭的长度有很大提高，切头、切尾等几何废料的相对量有很大减小。
实现了机械化或甚至半自动化生产，劳动条件得到很大改善，劳动生产率显著提高，产品品质也有很大提高。
当然，尽管半连续铸造法的优点很多，不可避免地也会存在一些不足之处，诸如：
铸锭内部因凝固速度快，会产生很大的内应力，而合金的塑性又不大，因而裂纹倾向性大，废品率比铁模铸造时的大得多，铁模铸造几乎无一裂纹。
由于凝固速度快，有些合金元素如锰会产生较严重的晶内偏析，为了消除这种缺陷，须进行长时间的均匀化退火，因而生产成本上升，而且性能得不到充分的。
由于凝固速度大，液穴内的温度梯度也会相应地上升，虽不利于金属中间化合物颗料的过于长大，但却使它易于产生。
面聊了铸造镁合金的熔炼，现在来谈谈变形镁合金的熔炼。熔炼变形镁合金多用反射炉，其炉型与铝合金熔炼的相当。镁合金的熔炼过程为：烘炉、洗炉、配料、装炉、熔化、扒渣、加合金元素、转炉、精炼、静置。
烘炉
新筑砌炉和中修反射炉在熔炼前烘炉。严格按烘炉曲线进行烘炉，时间不短于264h：由室温缓慢地在109h内升至300℃，在300℃保温24h，然后均匀地在25h内升至400℃，保温48h，再在58h内升至900℃完成烘炉。超过240h的停炉后也务必烘炉，时间不短于72h。烘炉很重要，对炉的寿命有重要影响。
洗炉
新炉与中修后的反射炉在使用前都要进行一次洗炉，以防合金杂质含量升高与去除砖缝中的一部分非金属夹杂及气态夹杂物，在所熔炼合金转组时也应洗一次炉，例如由熔炼Mg-Al-Zn-Mn系合金转熔Mg-Mn系或Mg-Zr系合金，由Mg-Mn系合金转熔Mg-Zr系合金都要洗炉。洗炉用重熔用镁锭或熔剂，装炉量达炉容积的1/2处，升温至760℃~800℃，充分搅拌两次，静置几分后放尽。
配料
按车间配料标准配料，所有原辅材料务必清洁干燥，无混料，复化料一般不大于40%，所用的镁锭、铝锭、锌锭、混合铈稀土、锆氟酸钾、氯化锰等的品质与化学成分都应符合有关标准。
装炉、熔化及扒渣
装炉前与炉底均匀地铺一层粉状二号熔剂（质量%：38~46Mgcl2、32~40KCl、5~8BaCl2、3~5CaF2），然后装料，先装碎的，后装镁锭，后装大块废料，装得尽可能密实平整，装完后撒一层薄的二号熔剂，升温熔化，炉内气氛应呈微还原性。
在熔炼过程中应严防镁的燃烧，一旦燃烧，立即用二号熔剂熄灭。炉料化平后，扒次渣，扒渣宜平稳，熔体温度升到750℃~770℃时扒第二次渣，渣要把扒尽，但又尽可能地不带出或少带出溶融镁。扒完渣后搅拌一次，静置几分钟后取样分析，取样温度（℃）：MB1、MB8合金的780~800，MB2、MB3、MB5、MB7合金的720~740，MB15合金的780~800。在熔炼过程中按有关规程加入合金化元素，但铝锭、锌锭可随同炉料一起装料，生产MB15合金时，可用纯锆盐，也可用混合锆盐（K2ZrF6+CaF6+LiCl）或Mg-Zr中间合金加锆，加纯锆盐（K2ZrF6、K2ZrCl6、ZrCl4）时熔体温度900℃~920℃，以后两种方式加锆的温度800℃~920℃。
转炉
经炉前化学分析熔体成分合格温度为750℃~780℃时即可进行转炉，装熔体转入静置炉进行精炼。转炉方法有：静压差法，适于两个炉膛不位于同一水平上，打开流口，熔体便可自动流出；虹吸法；离心泵法；电磁泵法。中国当前多用种方法。
精炼
镁合金熔体总或多或少地含有一些非金属夹杂物和气体（主要是氢），因此进行精炼，以去除这些异物，提高合金的各项性能。精炼温度730℃~760℃，精炼熔剂用量为约10kg每吨镁合金熔体，精炼时间约10min。
除Mg-Li合金外，其他合金均可以用五号熔剂（质量%）精炼：20~35MgCl2、16~29KCl、8~12BaCl2、14~23MgF2、0.5~8.0BaO3。精炼后向熔体表面撒一层精炼剂，静置60min后铸造。
含锆的镁合金不用含Al和Mn的氟化物的熔剂精炼，可用四号熔剂；不采用二号熔剂精炼Mg-Mn系和Mg-RE系合金，因为会有熔剂夹杂存在。应尽量缩短含锂和稀土合金的熔炼与精炼时间，以减少烧损，必要时还要补料。对熔炼炉与静置炉应及时清炉，熔炼炉转炉完了和静置炉铸造终了都要清炉。用五号熔剂的精炼时间不短于60min，它可用于精炼所有的变形镁合金。
液态镁在干燥纯净的CO2中氧化速度慢，高温下可发生化学反应形成固态MgO与无定型碳，它可以填充于氧化膜间隙处，提高熔体表面氧化膜的致密性，同时还能强烈地抑制镁离子扩散到表面膜的表面，从而阻抑镁的氧化。
镁与SO2反应生成固态MgO与MgS，在熔体表面形成一层致密的保护性强的MgS-MgO复合膜层。
是一种人工制造的气体，它的密度为空气的4倍，在室温下很稳定，但SF6的混合气体发生化学反应时可能形成有刺激性的有毒气体。SF6与镁反应可生成固态MgF2与SO2F2.MgF2的致密度高，可与MgO形成连续的致密氧化膜。值得注意的是，SF6应是干燥的，否则水分会大大加剧镁的氧化，还会生成有毒的HF气体。
保护气氛
是一种非常有效的保护气氛，能显著降低镁的烧损，得到普遍采用。实验表明，保护气氛中含有0.01Vol.%SF6就有的保护功能，但在实际操作中，为了补充SF6与熔体反应和泄漏损耗，SF6的浓度应高些。SF6保护气氛有两种：干燥空气与SF6的混合物，干燥空气、CO2、SF6的混合物。
的价格高且有潜在温室产应，就尽量控制SF6的排放量。保护气氛中的SF6浓度不得超过2Vol.%，否则会引起坩埚损耗。SF6是影响镁合金生命周期（LCA）的主要因素，也是制约镁成为21世纪绿色材料的关键因素。2000年国际镁业协会（LMA）呯吁行业开发新的保护气体以取代SF6。
中国在发展镁合金方面特别是对镁-稀土合金的研发居世界地位，受到刮目相看，除了前面谈的一些成就，主要成就还有：
低成本非稀土镁合金
目前发展的新型镁合金的85%以上都或多或少含有稀土，它们的价格昂贵，提高了合金的价格，使其身价倍增，但在性价比上却大打折扣，推广应用不易。因此，研发低成本非稀土型的镁合金显得非常必要，中国在发展这类合金方面也取得了非凡的成就，，如上海交通大学的ASZ511Sb合金、AT72合金、AX51合金。
ASZ511Sb（Mg-5Al-1Zn-1Si-0.6Sb）合金，它是一种金属型重力铸造合金，不含合金元素，其主要合金元素为铝、锌、硅，还含有少量的锑与微量的稀土，用于金型重力铸造，铸件的室温屈服强度95N/mm2，抗拉强度Rm=235N/mm2，伸长率A=12%。合金的显微组织为α-Mg+共晶体，其晶体中的Mg2Si呈汉字状，Sb的加入显著细化了Mg2Si，使它成为均匀分布的颗粒。该合金在200℃、50N/mm2条件下的抗蠕变强度与稀土耐热镁合金AE42（Mg-4Al-2RE-0.2Mn）合金的相当，因此可以在100~150℃的温度下长期工作。该合金在5%NaCl盐雾试验时的腐蚀速率比AZ91D合金的低10%。
AT72铸造镁合金也是上海交通大学研发的，用于金属型重力铸造，以铝、锡为主要合金元素，还含有锌、锰、稀土等微量元素，金属型重力铸件的室温屈服强度Rp0.2=90N/mm2，抗拉强度Rm=225N/mm2，伸长率A=7%。铸态合金的显微组织以α-Mg固溶体为基体，其中分布着离异共晶Mg17Al12和少量的Mg2Sn，固溶处理后，Mg17Al12溶入基体，但仍有少量的Mg2Sn相。该合金的铝含量不多，有较好的压铸成形性能，与AZ91D合金的相当，但因铝的含量少，仅7%，重力铸件的时效强化效果较弱。AT72-T5合金压、铸件的室温力学性能：屈服强度Rp0.2=125N/mm2，抗拉强度Rm=225N/mm2，伸长率A=4.5%。该合金的抗腐蚀性能与传统AZ91D合金的相当。
AX51合金是一种压铸合金，以Al、Sr为主要合金元素，Ti为次要合金元素，是上海交通大学研制的，重力铸件的典型组织为α-Mg+共晶体（α-Mg+Al4Sr），含钛的Mg-5Al-1Sr合金的显微组织发生了明显的变化，晶界上的共晶组织由粗大的层片状转变为球状与短棒状，因而力学性能有较大提高。AX51合金压铸件的典型力学性能：屈服强度Rp0.2=138N/mm2，抗拉强度Rm=270N/mm2，伸长率A=7%。Mg-5Al-1Sr-Ti合金在175℃/70N/mm2的稳态拉伸蠕变速率比不含Sr、Ti合金的小1个数量级。
镁合金的是一类前景广宽的功能材料，典型的功能材料为：镁储氢材料、医用镁材、阻尼镁材、镁电池材料、镁阳极材料等。功能镁合金是一类新型的高技术材料，是镁产业的一个新领域，是世界材料工作者关注的重要焦点之一。镁合金是一类可降解新型医用材料，具有的优势和潜力。
在常压与约250℃时镁与H2可形成MgH2，而在低压与重高温度下又能释放氢，因而是一类有效的储氢材料，纯镁的储氢率高达7.6%，即10kg镁中可以储存0.76kg氢，把氢储存在合金中，可以控制释放速度，使用安全性。
镁的电极电位低，具有非常的电化学性能，可以作为一次电池与二次电池的电极，可用于制造各种高容量电池，镁与锂的物理化学性能相似，但镁电池，对环境友好，安全性高、易操作，资源丰富，价格合理，作为电池材料具有的优势。目前商用镍氢电池的储氢材料为LaNi5，储氢量仅约1.4%，比容量约330mAh/g，限制了镍氢电池的应用的推广。上海交通大学通过向LaNi5添加少量Mg，大大提高了其电化学容量，其比容量达到400mAh/g，并有良好的循环稳定性。
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