[发明专利]电流与Zr联用复合细化镁合金凝固组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金凝固组织的细化工艺方法，具体的说，涉及一种电流与Zr联用复合细化镁合金凝固组织的方法，属于金属材料与冶金技术领域。

背景技术

镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高以及原材料价格较低等显著优点，受到越来越广泛的重视。镁合金在汽车、航空航天、军工、3C产品等领域具有广阔的应用前景。我国是镁资源和镁合金生产大国，镁和镁合金锭产量占世界总产量的一半以上，进一步开发镁合金新型强化技术符合镁合金国家工程研究发展战略需要。

众所周知，晶粒细化技术是在不牺牲强度指标前提下有效提高材料塑性的唯一途径，无论是铸态组织还是经过热处理后的热处理组织。目前，铸造镁合金主要通过添加Zr以实现凝固组织的细化。在熔炼过程中，Zr收得率极低，一般小于30％，因此，Zr对镁合金凝固组织细化程度的影响也非常有限。

有研究表明，电流以其特有的能量输出方式能够更有效地细化合金凝固组织，其作用机理为：降低相变驱动力，提高形核率；磁致收缩效应与剪切应力破碎枝晶、球化晶粒、抑制长大、降低偏析。电流本身具有环境友好、施加简便、效果显著的特点，在钢铁、铝合金、钛合金凝固组织细化领域已有少量应用，但在镁合金领域尚处于科学研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术单一使用Zr对镁合金凝固组织进行细化的不足，提供一种电流与Zr联用复合细化镁合金凝固组织的方法，采用物理细化与化学细化相结合的复合方法，达到爆发形核、晶核增殖的效果，进一步细化镁合金凝固组织，提高镁合金力学性能，拓宽镁合金的应用范围。

为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题：

一种电流与Zr联用复合细化镁合金凝固组织的方法，其特征在于：在镁合金熔炼过程中添加Zr细化剂，在镁合金凝固过程中通入电流直至镁合金完全凝固。

本发明所述的电流与Zr联用复合细化镁合金凝固组织的方法，其包括以下具体步骤：

(1)在模具的铸型中安置电极，并将电极与电源相接，预先调节好电流参数；

(2)依次通过常规的熔化、精炼、扒渣和去皮工序对镁合金进行熔炼；

(3)待镁合金母液温度调整至设定温度，添加Zr细化剂并进行搅拌、静置；

(4)向模具的铸型中浇注镁合金母液，同时打开电源开关，从浇注开始直至铸件完全凝固期间持续通入电流，得到细化的镁合金凝固组织。

所述电极的材料为镁、铝、锌、铜、石墨或钢。

所述步骤(3)中的设定温度为780～800℃。

所述Zr细化剂为海绵Zr、化合物加Zr、混合盐加Zr和中间合金加Zr中的一种或几种的混合物。

所述电流为直流电流、交流电流、脉冲电流或雷电流。

所述的直流电流为60A。

所述的脉冲电流为峰值100A，频率为200Hz。

所述的交流电为1000A，1000Hz。

本发明思路新颖，集化学、物理细化技术于一体，具有复合细化功能，采用基本的铸造工艺方法与简单的生产设备，实现了镁合金凝固组织的细化，因而本发明具有以下优点：

1、本发明首次将Zr细化方法与电流细化技术进行融合，实现了第二相的弥散分布，通过电流的扰动更好地减少了冷隔、缩松与偏析等铸造固有缺陷，显著提高了镁合金铸锭的品质及铸件的强度与韧性。

2、通电过程中，电极材料的扩散对镁合金起到了少量补偿合金元素的作用。

附图说明

图1为电流处理装置示意图。

图2为实施例一中，相同Zr含量不同处理工艺下得到的WE43镁合金凝固组织，其中，

图2(a)为Zr细化处理得到的1#铸件，图2(b)为电流和Zr复合细化处理得到的2#铸件。

图3为实施例二中相同Zr含量不同处理工艺得到的ZM6镁合金凝固组织，其中，

图3(a)为Zr细化处理得到的1#铸锭，图3(b)为电流和Zr复合细化处理得到的2#铸锭。

图4为实施例三中相同Zr含量不同处理工艺得到的ZM2镁合金凝固组织，其中，

图4(a)为Zr细化处理得到的1#铸件，图4(b)为电流和Zr复合细化处理得到的2#铸件。

上述图中，1-保护气混合装置，2-电阻炉温控器，3-热电偶，4-吹气管，5-熔炼坩埚，6-电极夹具，7-电极，8-铸型，9-电源。

具体实施方式