[发明专利]一种镁合金铸锭的制备方法及凝固系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金铸锭的制备方法及凝固系统。

背景技术

镁合金作为最轻的结构材料，由于低密度、高的比强度、高超的阻尼性等优点在汽车、航空、电子等工业领域表现出超强的吸引力。镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金，其中铸造镁合金占镁合金总量的90%以上。

镁合金铸锭的制备方法主要有压力铸造、挤压铸造、重力铸造、半固态铸造、半连续铸造。压力铸造是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。由于压铸件是多工艺流程相配合的产物，因此当铸造不恰当时，会产生表面和内部缺陷。挤压铸造分为直接挤压和间接挤压，直接挤压由于浇注金属液时需要精确定量，因此应用不多。间接挤压能够生产内部无缺陷的铸件，但是铸件中心容易产生宏观偏析，同时组织也不够致密。

重力铸造包括砂型铸造、金属型铸造、壳型铸造和熔模铸造。其中消失模铸造是砂型铸造生产上的技术革命，被誉为“21世纪的铸造新技术”。但是对于应用最广的Mg-Al系镁合金而言，结晶温度较宽不仅使铸件的组织粗大，而且会出现严重的缩松缺陷。

20世纪70年代，美国麻省理工学院的Flemings教授提出了半固态金属加工技术的新概念。与传统的铸造技术相比，半固态成形技术可以实现无湍流充填和近终成形，因而减少了铸件中的气孔、缩松，提高了组织致密性。半固态成形分为流变成形和触变成形，在流变成型中难点是半固态浆料的保存和输送，触变成型由于坯料输送方便，易于实现自动化操作，因此触变成型是目前应用最广的半固态成型方法。半固态成形技术在制备优质半固态坯料、开发工艺简单的成形工艺等方面还有待加强。

半连续铸造是指从熔体浇入结晶器到铸锭冷却到室温，要进行两次冷却，一次在结晶器中的间接冷却，一次是结晶器下缘的直接冷却。采用半连续铸造获得的铸锭组织致密，没有气孔等缺陷，铸锭界面上性能均一，被广泛用于生产各种规格的变形镁合金铸锭。虽然采用这种方法制备的镁合金铸锭质量较好，但是需要控制的工艺参数较多，如熔液温度、冷却水量、拉坯速度等。采用软接触电磁连铸的方法对改善金属加工成型性，提高生产效率等方面起着重要的作用，但是设备比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种镁合金铸锭的制备方法及凝固系统，其操作简单，工艺参数容易控制，设备简单，保温效果好，能实现定向凝固，通过调整熔体温度可以获得没有缩孔、缩松缺陷、组织致密，晶粒细小的镁合金铸锭。

本发明的技术解决方案是：

一种镁合金铸锭的制备方法，其具体步骤如下：

(1)配料，熔炼前将坩埚与Mg-Al基金属炉料进行烘干处理；

(2)将烘干后的炉料放入坩埚内，将坩埚放入到已经预热到340℃～360℃的电阻炉中进行熔炼，当炉膛温度为390℃～410℃时，按照体积比通入由99.5%～99.8%CO₂和0.5%～0.2%SF₆组成的混合气体对熔体进行保护；

(3)采用阶段升温的方法控制升温速度，炉膛温度每次升高40℃～60℃，然后保温，观察熔体温度值，当熔体温度值与炉膛温度相等时，再继续升高炉膛温度，直到熔体温度达到设定温度，所述设定温度为700℃-950℃；

(4) 当熔体温度达到设定温度时，将带有保护气体的坩埚移至已经预热的凝固系统内，所述凝固系统内温度比熔体设定温度低0℃～50℃；

(5)凝固系统断电，将保护气体中SF₆的含量比原来增大1倍～1.5倍，同时打开流向凝固系统的冷却水，对坩埚进行降温冷却；

(6)冷却水排水管温度至室温后，关闭冷却水和保护气体；

(7)待铸锭自然冷却到室温后，取出铸锭。

所述熔体设定温度为750℃-850℃。

通入混合气体前炉膛温度为400℃时；

所述阶段升温时，每次升温50℃。

一种用于制备镁合金铸锭的凝固系统，包括炉壳、保温炉体，设置在保温炉体内的电阻丝 ，其特殊之处是：在炉壳内设有控温热电偶，在炉壳底部设置喷水器，喷水器上面敞口，在保温炉体和喷水器之间设有保温材料，该凝固系统还设有坩埚保温盖，在坩埚保温盖上设保护气体导入管。

所述喷水器是由水槽、设置在水槽内的喷头、设置在喷头上的进水管、设置在水槽上的排水管和排气孔构成。

所述水槽敞口边缘设有密封垫。

所述炉壳上口边缘设有保温密封垫。

    本发明的有益效果是：