第五章 铸造镁合金及其熔铸
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镁合金熔铸工艺特点及典型熔炼工艺 在熔炼镁合金过程中必须有效地防止金属的氧化或燃烧,可以通过在金属熔体表面撒熔剂或无熔剂工艺来实现.通常添加微量的金属铍和钙来提高镁熔体的抗氧化性.熔剂熔炼和无熔剂熔炼是镁合金熔炼与浇注过程的两大类基本工艺.1970年之前,熔炼镁合金主要是采用熔剂熔炼工艺.熔剂能去除镁中杂质并且能在镁合金熔体表面形成一层保护性薄膜,隔绝空气.然而熔剂膜隔绝空气的效果并不十分理想,熔炼过程中氧化燃烧造成的镁损失还是比较大.此外,熔剂熔炼工艺还存在一些问题,一方面容易产生熔剂夹杂,导致铸件力学性能和耐蚀性下降,限制了镁合金的应用;另一方面熔剂与镁合金液反应生成腐蚀性烟气,破坏熔炼设备,恶化工作环境.为了提高熔化过程的安全性和减少镁合金液的氧化,20世纪70年代初出现了无熔剂熔炼工艺,在熔炼炉中采用六氟化硫(SF6)与氮气(N2)或干燥空气的混合保护气体,从而避免液面和空气接触.混合气体中SF6的含量要慎重选择.如果SF6 含量过高,会侵蚀坩锅降低其使用寿命;如果含量过低,则不能有效保护熔体.总的来说,无论是熔剂熔炼还是无熔剂熔炼,只要操作得当,都能较好地生产出优质铸造镁合金. 1熔炼保护工艺 (1)熔剂保护熔炼工艺 将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本要求.早期曾尝试采用气体保护系统,但效果并不理想.后来,人们开发了熔剂保护熔炼的工艺.镁合金用熔剂见表7.3.在熔炼过程中,必须避免坩锅中熔融炉料出现"搭桥"现象,将余下的炉料逐渐添加到坩锅内,保持合金熔体液面平稳上升,并将熔剂轻轻撒在熔体表面. 每种镁合金都有各自的专用熔剂,必须严格遵守供应商规定的熔剂使用指南.在熔化过程中,必须防止炉料局部过热.采用熔体氯化工艺熔炼镁合金时,必须采取有效措施收集Cl2.在浇注前,要对熔体仔细撇渣,去氧化物,特别是影响抗蚀性的氯化物.浇注后,通常将硫粉撒在熔体表面以减轻其在凝固过程中的氧化. (2)无熔剂保护工艺 压铸技术中采用熔剂熔炼工艺会带来一些操作上的困难,特别是在热压室压铸中,这种困难更加严重.同时,熔剂夹杂是镁合金铸件最常见的缺陷,严重影响铸件的力学性能和耐蚀性,大大阻碍了镁合金的广泛应用.20世纪70 年代初,无熔剂熔炼工艺的开发成功是镁合金应用领域中的一个重要突破,对镁合金工业的发展有着革命性的意义. 1)气体保护机理 如上所述,纯净的N2,Ar,Ne 等惰性气体虽然能对镁及其合金熔体起到一定的阻燃和保护作用,但效果并不理想.N2易与镁反应,生成Mg3N2 粉状化合物,结构疏松,不能阻止反应的进行.Ar和Ne等惰性气体虽然与Mg不反应,但无法阻止镁的蒸发. 大量试验研究表明,CO2,SO2,SF6 等气体对镁及其合金熔体可以起到良好的保护作用,其中以SF6的效果最佳. 熔体在干燥纯净的CO2中氧化速度很低.高温下CO2与镁的化学反应方程式为 2Mg(L)+CO2=2 MgO(S)+C 反应产物为无定型碳,它可以填充与氧化膜的间隙处,提高熔体表面氧化膜的致密性,此外还能强烈地抑制镁离子透过表面膜的扩散运动,从而抑制镁的氧化. SO2与镁的化学反应方程式为 3Mg(L)+SO2=2 MgO(S)+ MgS(S) 反应产物在熔体表面形成一薄层较致密的MgS/ MgO复合膜,可以抑制镁的氧化.20世纪70年代,SF6的保护效果没有得到认可前,人们广泛采用SO2气体来抑制镁合金的氧化与燃烧. SF6是一种人工制备的无毒气体,相对分子质量为164.1,密度是空气的4倍,发生化学反应可能产生有毒气体,在常温下及其稳定.含SF6的混合气体与镁可以发生一系列的复杂反应. 2Mg(L)+O2=2 MgO(S) 2Mg(L)+O2+SF6=2 MgF2(S)+ SO2+ F2 2MgO(S)+SF6=2 Mg F2(S)+ SO2+ F2 MgF2的致密度高,它与MgO一起可形成连续致密的氧化膜,对熔体起到良好的保护作用.应当注意的是,采用含SF6保护气氛时,一定不能含有水蒸气,否则水分的存在会大大加剧镁的氧化,还会产生有毒的HF气体. 然而,各种气体对镁合金熔体的保护效果可能与合金系有关.M.H.Kim等开展了保护性气体对Mg-Ca系合金熔体氧化特性影响的研究,发现Ar,N2,和CO2三种气体中N2的保护效果最好.流速较小时,CO2与镁合金熔体反应生成的氧化层具有双层多孔性结构,表层富碳,内层富氧,不能抑制Mg-Ca系合金熔体的氧化与燃烧.显然,Kim与其他人的研究结果相悖. 2)SF6保护气氛 目前,人们在镁合金熔炼与生产过程中广泛采用SF6保护气氛.SF6保护气氛是一种非常有效的保护气氛,能显著降低熔炼损耗,在铸锭生产行业和压铸工业中得到普遍应用.实验研究表明,含0.01vol.%SF6的混合气体可有效地保护熔体,但实际操作中,为了补充SF6与熔体反应与泄漏造成的损耗,SF6的浓度要高些.在配置混合气体时,一般应采用多管道,多出口分配,尽量接近液面且分配均匀,并且需要定期检查管道是否堵塞和腐蚀.采用SF6保护气氛熔炼合金时,应尽可能提高浇注温度,熔体液面高度和给料速度的稳定性,以避免破坏液面上方SF6气体的浓度.此外要注意保护气体与坩锅发生反应,否则反应产物(FeF3,Fe2O3)将与镁发生剧烈反应. SF6保护气氛主要有两种,一种时干燥空气与SF6的混合物,另一种时干燥空气与CO2 和SF6的混合物.SF6保护气氛中SF6浓度较低(1.7~2)vol.%,且无毒无味.压铸温度比较低,且金属熔体密封性好,SF6浓度较低的空气混合物就可以提供保护(通常小于0.25 vol%).在熔剂熔炼工艺中,细小的金属颗粒会陷入坩锅底部的熔渣中而难以回收,因而熔体损耗较高.在无熔剂工艺中,由于没熔剂,坩锅底部熔渣量大大减少,从而熔体损耗相对较低. 由于在镁合金熔炼温度下SF6会缓慢分解和与其他元素发生反应生成SO2,HF和SF4等有毒气体,在815℃还会产生剧毒的S2F10,但S2F10在300~350℃会分解出SF6和SF4,因此镁合金的熔炼温度一般不超过800℃.SF6浓度低于0.4 vol.%的保护气氛便能对镁合金熔体提供有效保护,因而产生的有毒气体可以忽略.表7.12列出了SF6气体的技术要求.SF6价格高且存在潜在的温室效应,因而要尽量控制SF6的排放量.保护性气氛中SF6的浓度不容许超过2vol.%,否则会引起坩锅损耗.特别是在高温下,SF6浓度超过某一特定的体积分数时,坩锅内可能发生剧烈反应甚至爆炸,因此必须对混合气体中SF6浓度进行严格控制.此外,带盖的坩锅不能采用纯SF6气氛进行保护.SF6是影响镁合金寿命周期指标(LCA)的主要因素,也是制约镁合金成为21世纪绿色材料的关键因素.2000年,国际镁协会(IMA)呼吁镁界人士重视开发保护性气体以代替SF6.1.3.1 熔化工具及原料的准备新坩埚在使用前须经没有渗透及X射线检验,证明无渗漏及影响使用的缺陷后方可使用。
镁合金熔铸工艺特点及典型熔炼工艺在熔炼镁合金过程中必须有效地防止金属的氧化或燃烧,可以通过在金属熔体表面撒熔剂或无熔剂工艺来实现.通常添加微量的金属铍和钙来提高镁熔体的抗氧化性.熔剂熔炼和无熔剂熔炼是镁合金熔炼与浇注过程的两大类基本工艺.1970年之前,熔炼镁合金主要是采用熔剂熔炼工艺.熔剂能去除镁中杂质并且能在镁合金熔体表面形成一层保护性薄膜,隔绝空气.然而熔剂膜隔绝空气的效果并不十分理想,熔炼过程中氧化燃烧造成的镁损失还是比较大.此外,熔剂熔炼工艺还存在一些问题,一方面容易产生熔剂夹杂,导致铸件力学性能和耐蚀性下降,限制了镁合金的应用;另一方面熔剂与镁合金液反应生成腐蚀性烟气,破坏熔炼设备,恶化工作环境.为了提高熔化过程的安全性和减少镁合金液的氧化,20世纪70年代初出现了无熔剂熔炼工艺,在熔炼炉中采用六氟化硫(SF6)与氮气(N2)或干燥空气的混合保护气体,从而避免液面和空气接触.混合气体中SF6的含量要慎重选择.如果SF6 含量过高,会侵蚀坩锅降低其使用寿命;如果含量过低,则不能有效保护熔体.总的来说,无论是熔剂熔炼还是无熔剂熔炼,只要操作得当,都能较好地生产出优质铸造镁合金.1熔炼保护工艺(1)熔剂保护熔炼工艺将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本要求.早期曾尝试采用气体保护系统,但效果并不理想.后来,人们开发了熔剂保护熔炼的工艺.镁合金用熔剂见表7.3.在熔炼过程中,必须避免坩锅中熔融炉料出现"搭桥"现象,将余下的炉料逐渐添加到坩锅内,保持合金熔体液面平稳上升,并将熔剂轻轻撒在熔体表面.每种镁合金都有各自的专用熔剂,必须严格遵守供应商规定的熔剂使用指南.在熔化过程中,必须防止炉料局部过热.采用熔体氯化工艺熔炼镁合金时,必须采取有效措施收集Cl2.在浇注前,要对熔体仔细撇渣,去氧化物,特别是影响抗蚀性的氯化物.浇注后,通常将硫粉撒在熔体表面以减轻其在凝固过程中的氧化.(2)无熔剂保护工艺压铸技术中采用熔剂熔炼工艺会带来一些操作上的困难,特别是在热压室压铸中,这种困难更加严重.同时,熔剂夹杂是镁合金铸件最常见的缺陷,严重影响铸件的力学性能和耐蚀性,大大阻碍了镁合金的广泛应用.20世纪70 年代初,无熔剂熔炼工艺的开发成功是镁合金应用领域中的一个重要突破,对镁合金工业的发展有着革命性的意义.1)气体保护机理如上所述,纯净的N2,Ar,Ne 等惰性气体虽然能对镁及其合金熔体起到一定的阻燃和保护作用,但效果并不理想.N2易与镁反应,生成Mg3N2 粉状化合物,结构疏松,不能阻止反应的进行.Ar和Ne等惰性气体虽然与Mg不反应,但无法阻止镁的蒸发.大量试验研究表明,CO2,SO2,SF6 等气体对镁及其合金熔体可以起到良好的保护作用,其中以SF6的效果最佳.熔体在干燥纯净的CO2中氧化速度很低.高温下CO2与镁的化学反应方程式为2Mg(L)+CO2=2 MgO(S)+C反应产物为无定型碳,它可以填充与氧化膜的间隙处,提高熔体表面氧化膜的致密性,此外还能强烈地抑制镁离子透过表面膜的扩散运动,从而抑制镁的氧化.SO2与镁的化学反应方程式为3Mg(L)+SO2=2 MgO(S)+ MgS(S)反应产物在熔体表面形成一薄层较致密的MgS/ MgO复合膜,可以抑制镁的氧化.20世纪70年代,SF6的保护效果没有得到认可前,人们广泛采用SO2气体来抑制镁合金的氧化与燃烧.SF6是一种人工制备的无毒气体,相对分子质量为164.1,密度是空气的4倍,发生化学反应可能产生有毒气体,在常温下及其稳定.含SF6的混合气体与镁可以发生一系列的复杂反应.2Mg(L)+O2=2 MgO(S)2Mg(L)+O2+SF6=2 MgF2(S)+ SO2+ F22MgO(S)+SF6=2 Mg F2(S)+ SO2+ F2MgF2的致密度高,它与MgO一起可形成连续致密的氧化膜,对熔体起到良好的保护作用.应当注意的是,采用含SF6保护气氛时,一定不能含有水蒸气,否则水分的存在会大大加剧镁的氧化,还会产生有毒的HF气体.然而,各种气体对镁合金熔体的保护效果可能与合金系有关.M.H.Kim等开展了保护性气体对Mg-Ca系合金熔体氧化特性影响的研究,发现Ar,N2,和CO2三种气体中N2的保护效果最好.流速较小时,CO2与镁合金熔体反应生成的氧化层具有双层多孔性结构,表层富碳,内层富氧,不能抑制Mg-Ca系合金熔体的氧化与燃烧.显然,Kim与其他人的研究结果相悖.2)SF6保护气氛目前,人们在镁合金熔炼与生产过程中广泛采用SF6保护气氛.SF6保护气氛是一种非常有效的保护气氛,能显著降低熔炼损耗,在铸锭生产行业和压铸工业中得到普遍应用.实验研究表明,含0.01vol.%SF6的混合气体可有效地保护熔体,但实际操作中,为了补充SF6与熔体反应与泄漏造成的损耗,SF6的浓度要高些.在配置混合气体时,一般应采用多管道,多出口分配,尽量接近液面且分配均匀,并且需要定期检查管道是否堵塞和腐蚀.采用SF6保护气氛熔炼合金时,应尽可能提高浇注温度,熔体液面高度和给料速度的稳定性,以避免破坏液面上方SF6气体的浓度.此外要注意保护气体与坩锅发生反应,否则反应产物(FeF3,Fe2O3)将与镁发生剧烈反应.SF6保护气氛主要有两种,一种时干燥空气与SF6的混合物,另一种时干燥空气与CO2 和SF6的混合物.SF6保护气氛中SF6浓度较低(1.7~2)vol.%,且无毒无味.压铸温度比较低,且金属熔体密封性好,SF6浓度较低的空气混合物就可以提供保护(通常小于0.25 vol%).在熔剂熔炼工艺中,细小的金属颗粒会陷入坩锅底部的熔渣中而难以回收,因而熔体损耗较高.在无熔剂工艺中,由于没熔剂,坩锅底部熔渣量大大减少,从而熔体损耗相对较低.由于在镁合金熔炼温度下SF6会缓慢分解和与其他元素发生反应生成SO2,HF和SF4等有毒气体,在815℃还会产生剧毒的S2F10,但S2F10在300~350℃会分解出SF6和SF4,因此镁合金的熔炼温度一般不超过800℃.SF6浓度低于0.4 vol.%的保护气氛便能对镁合金熔体提供有效保护,因而产生的有毒气体可以忽略.表7.12列出了SF6气体的技术要求.SF6价格高且存在潜在的温室效应,因而要尽量控制SF6的排放量.保护性气氛中SF6的浓度不容许超过2vol.%,否则会引起坩锅损耗.特别是在高温下,SF6浓度超过某一特定的体积分数时,坩锅内可能发生剧烈反应甚至爆炸,因此必须对混合气体中SF6浓度进行严格控制.此外,带盖的坩锅不能采用纯SF6气氛进行保护.SF6是影响镁合金寿命周期指标(LCA)的主要因素,也是制约镁合金成为21世纪绿色材料的关键因素.2000年,国际镁协会(IMA)呼吁镁界人士重视开发保护性气体以代替SF6.1.3.1 熔化工具及原料的准备新坩埚在使用前须经没有渗透及X射线检验,证明无渗漏及影响使用的缺陷后方可使用。
镁合金的熔炼铸造与焊接技术研究摘要:科技的发展,促进工业建设事业的快速发展。
穷,产量直线上升,具有非常广阔的应用前景。
在应用镁合金过程中,存在的一定的限制性,在进行熔炼和加工时,容易出现氧化燃烧的问题,造成生产镁合金具有一定难度。
为了能够使得上述问题得到有效解决,应该关注镁合金的熔炼技术,主要涉及到溶剂保护以及熔炼过程,大都是采用SF6为代表的气体保护熔炼,这里主要结合实际,探讨了进行熔炼技术的几个方面工作,希望对于今后的于镁合金熔炼发展具有一定帮助。
本文就镁合金的熔炼铸造与焊接技术展开探讨。
关键词:镁合金;熔炼铸造;焊接技术引言镁合金在航空、军事、民用器械等制造加工领域应用越来越普及,如航空航天的飞机变速箱、天蓬框架、发动机箱体,以及人们体育运动使用的网球拍、办公使用的打印机滚筒、核电站使用的核燃料零件箱等,都广泛使用了镁合金结构材料。
目前,镁合金已经成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料。
1镁合金的熔炼与保护技术1.1溶剂保护熔剂保护熔炼的方法是镁合金熔炼之前先在坩埚底部放置少量熔剂(约占炉料重量的1%),将其预热至暗红色。
在熔体静置和浇铸过程中,再在熔体表面熔剂轻轻地洒上溶剂。
溶剂应在300℃左右烘箱中烘烤2h以上,以保证溶剂干燥。
溶剂的加入量应在保证镁合金液不发生燃烧和氧化的前提下尽量少,以保证熔体质量。
常用的溶剂主要为卤盐混合物,该方法的缺点主要在于:溶剂高温下会发出HCl、Cl2等有害气体,同时浇铸不当会导致溶剂残留于合金液中形成溶剂夹杂降低铸件性能。
1.2气体保护熔炼针对镁合金液表面进行处理,将相应的惰性气体,或者能够和镁生成致密氧化膜的气体涂抹在表面,这样就能够实现隔离空气中的氧气,当前,常用的保护气体主要包括CO2、SO2、Ar、SF6等。
其中,对于SF6气体来说,其具有无毒、无味、无色等物理性质,能够在镁合金液面生成MgF的致密氧化膜,有效防止接触到氧气而进一步氧化,一般情况下,则是将CO2、干燥空气、SF6混合使用,这种工艺已经非常成熟,应该在应用过程中,注意相应的SF6的保护效果、气体消耗量相关影响因素。
第5章镁合金的热处理热处理是改善或调整镁合金力学性能和加工性能的重要手段。
镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。
其中一些热处理工艺可以降低镁合金铸件的铸造内应力或淬火应力,从而提高工件的尺寸稳定性。
镁合金能否进行热处理强化完全取决于合金元素的固溶度是否随温度变化。
当合金元素的固溶度随温度变化时,镁合金可以进行热处理强化。
根据合金元素的种类,可热处理强化的铸造镁合金有六大系列,即Mg-A1-Mn系(如AM100A)、Mg-A1-Zn系(如AZ63A、AZ81A、AZ91C和AZ92A等)、Mg-Zn-Zr系(如ZK51A和ZK6A等)、Mg-RE-Zn-Zr系(如EZ33A和ZE41A)、Mg-Ag-RE-Zr系(如QE22A)和M-Zn-Cu系(如ZC63A);可热处理强化的变形镁合金有三大系列,即Mg-Al-Zn系(如AZ80A)、Mg-Zn-Zr系(如ZK60A)和Mg-Zn-Cu系(如ZC71A)。
某些热处理强化效果不显著的镁合金通常选择退火作为最终热处理工艺。
镁合金热处理的最主要特点是固溶和时效处理时间较长,其原因是因为合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢。
由于同样的原因,镁合金淬火时不需要进行快速冷却,通常在静止的空气中或者人工强制流动的气流中冷却。
5 .1 热处理类型和选择镁合金基本热处理类型的符号见表2-7。
铸造镁合金和变形镁合金都可以进行退火(T2)、人工时效(T5)、固溶(T4)以及固溶加人工时效(T6、T61)处理,其热处理规范和应用范围与铸造铝合金的基本相同。
镁合金的扩散速度小,淬火敏感性低,从而可以在空气中淬火;个别情况下也可以采用热水淬火(如T61),其强度比空冷T6态的高。
绝大多数镁合金对自然时效不敏感,淬火后能在室温下长期保持淬火状态。
同时镁合金的人工时效温度也比铝合金的高,达到448~523K。
另外,镁合金的氧化倾向比铝合金大,因此加热炉中应保持中性气氛或通人保护气体以防燃烧。
铸造镁合金的熔炼技术1、铸造镁合金液的阻燃技术1.1 熔剂保护法利用低熔点的化合物在较低的温度下熔化成液态,在镁合金液面铺开,因阻止镁液与空气接触从而起到保护作用。
现在普遍使用的熔剂由无水光卤石(MgCI2—KC)为主,添加一些氟化物、氯化物组成。
该剂使用较方便,生产成本低,保护使用效果好,适合于中小企业的生产特点。
但是,该剂使用前要重新脱水,使用时会释放出呛人的气味。
由于熔剂的密度较大会逐渐下沉,需要不断添加。
使用过程中释放出大量有害气体,污染环境、腐蚀厂房严重。
因此,研究新型的覆盖、精炼效果好且无公害的镁合金熔剂是一项重要课题。
1.2气体保护法气体保护法是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体,从而隔绝空气中的氧,采用的主要保护气体是SF6、S02、CO2、Ar、N2等。
为了进一步提高保护作用和减少较贵的SF6气体的用量,国外一般在SF6气体中混合空气或其他干燥气体如CO:混合气体保护效果好,但是存在以下问题:1)污染环境,SF6会产生S02、SF4等有毒气体,SF6对全球变的作用是CO2的24900倍;2)设备复杂,需要复杂的混气装置和密封装置;3)腐蚀设备,显著降低坩埚使用寿命。
1.3 合金化法过去人们采用在镁合金中添加铍元素来提高镁合金的阻燃性能,但铍的毒性较大,且加入量过高会引起晶粒粗化和增加热裂倾向,因此受到添加量的限制。
日本学者研究认为,添加一定量的钙能明显提高镁合金的着火点温度,但是存在着加入量过高,且严重恶化镁合金的力学性能。
同时加入钙和锆具有阻燃效果。
国内研究认为,在镁合金AZ91D中加入稀土铈可有效提高镁合金的起燃温度。
2、镁合金熔体的变质处理技术镁合金熔炼变质的目的是改变镁合金的组织形态,该工艺对合金的晶粒大小和力学性能有较大的影响,且对镁液中的氧化夹杂亦有一定影响。
研究表明,对于不含Al的镁合金,采用锆进行变质处理具有很好的晶粒细化效果,作用原理是Zr发生包晶反应,促进晶粒细化。
现代铸造镁合金及其熔炼技术1 镁及其合金的应用目前,在世界范围内得到开发和应用的材料中,镁及其合金材料因具有密度小及可回收利用等多方面的优点而格外引人注目。
与地球地壳中其他金属元素的含量相比,镁元素在地球地壳中的含量仅在铝、铁之后,位居第三,约占地壳质量的2.7%。
同时,占地球表面积70%的海洋也是一个天然的镁资源宝库,据预算,每立方米海水中约含有1.3Kg的镁,仅死海一处的镁,若能得到全部的开发,就可供人类使用22000年。
此外,镁合金作为最轻质商用金属工程材料,因其具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等一系列符合“21世纪绿色结构材料”的特征,使其特别适合在汽车、摩托车等交通工具和计算机、通讯、仪器仪表、家电、轻工、军事等领域的应用。
也正是看到镁及其合金材料表现出的这些优异特性和其具有的潜在价值,所以自1808年金属镁被发现后,人们就从未停止过镁的开发和应用,只不过在最初的一百多年里,由于镁价格和技术两大瓶颈问题,加之铝的使用而推迟了镁的广泛应用。
但20世纪80年代以来,随着两大瓶颈问题的突破,镁及其合金材料的开发应用呈现高速增长态势。
截止2000年,世界镁的产量就已达42万~64万吨/年(含再生镁),而镁合金在汽车等运载机械上的应用也以每年15%的速度快速增长,远远高于其他金属材料,可以说这在近代工程技术材料的应用中是前所未有的。
因此,大力进行镁及其合金材料的开发和应用对于现实人类的可持续发展必将产生重要而深远的影响。
中国是世界上镁资源最丰富的国家,菱镁矿探明储量约占世界的1/4,具有发展镁产业的先天性基础条件。
此外,中国不但是一个摩托车生产、消费和出口大国,也是一个潜在的汽车生产和消费大国,镁及镁合金产品的市场应用前景广阔。
但目前中国镁及镁合金产业的发展与国外相比还存在较大的差距,资源优势没有很好地转化为技术优势和经济优势。
因此,大力发展镁及镁合金产业对于中国的可持续发展将具有非常重要的战略意义。
镁及镁合金熔炼特点镁合金的熔点不高,热容量较小,在空气中加热时,氧化快,在过热时易燃烧;在熔融状态下无熔刘保护时,则可猛烈地燃烧。
因此,镁合金在熔铸过程中必须始终在熔剂或保护性气氛下进行。
熔铸质量的好坏,在很大程度上取决于熔剂的质量和熔体保护的好坏。
镁氧化时释放出大量的热,镁的比热容和导热性较低,MgO疏松多孔,无保护作用,因而氧化处附近的熔体易于局部过热,且会促进镁的氧化燃烧。
镁合金除强烈氧化外,遇水则会急剧地分解而引起爆炸,还能与氮形成氮化镁夹杂。
氢能大量地溶于镁中,在熔炼温度不超过900℃时,吸氢能力增加不大,铸锭凝固时氢会大量析出,使铸锭产生气孔并促进疏松。
多数合金元素的熔点和密度均比镁高,易于产生密度偏析,故一次熔炼是难以得到成分均匀的镁合金锭。
有时采用预制镁合金,再重熔的办法。
为防止污染合金,熔炼镁合金时不宜用一般硅砖作炉衬。
由于镁合金对杂质也很敏感,如镍、被含量分别超过0.03%及0.01%时,铸锭便易热裂,并降低其耐蚀性。
对熔剂要求很严格,要有较大的密度和适当的黏度,能很好地润湿炉衬。
在熔炼过程中熔剂会不断地下沉,因而要陆续地添加新熔剂,使整个熔池覆盖好且不冒火燃烧。
在个别地方出现氧化燃烧时,应及时撒上熔剂将其扑灭。
用Ar、Cl2、CCl4去气精炼时,吹气时间不宜过长,否则会粗化晶粒。
用N2气吹炼时可能形成氮化镁,温度不宜过高。
镁合金的流动性较小,应稍提高浇温。
但浇温过高会使形成缩松的倾向增大。
铸锭时要注意熔体保护和漏镁放炮。
浇温和浇速过高,易产生漏镁和中心热裂;但浇温浇速过低,则易形成冷隔、气孔和粗大金属间化合物等。
此外,由于镁合金密度小,黏度大,一些溶解度小而密度较大的合金元素不易溶解完全,常随熔剂沉于炉底,或随熔剂悬浮于熔体中成为夹杂。
因此,镁合金中常出现金属夹杂、熔剂夹渣及氧化夹渣。
归纳起来,镁合金的熔铸技术具有如下特点:1)镁的化学活性很强烈,在熔态下,极易和氧、氮及水气发生化学作用。