[发明专利]一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置和低压反重力铸造方法

说明书

本发明公开了一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置和低压反重力铸造方法，属于有色金属铸锭坯铸造方法技术领域。该装置采用单层或多层堆垛的浇注系统和铸锭模布置设计，锭模上方布置有冒口，或者在锭模下方有粗大横截面的浇道，锭坯的凝固收缩可以通过上方的冒口补缩，或者通过凝固速度小于锭坯的浇道中的液体压力补缩。一次低压反重力浇注可以制备一个或几个大尺寸铸锭坯，也可以制备数十/数百个小尺寸的镁合金铸锭坯。通过控制升液速度和压力、充型压力和速度、保压时间等参数，确保熔体平稳地上升和充型，并保证锭坯凝固收缩得到充分补缩，本发明保证了铸件内部的冶金质量，提高了变形镁合金用锭坯的生产效率和生产安全性，增加了经济效益。

技术领域

本发明涉及有色金属铸锭坯铸造方法技术领域，具体涉及一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置和低压反重力铸造方法。

背景技术

镁及镁合金具有比强度高、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于机械加工和容易回收等优点，被冠以“二十一世纪绿色结构材料”的美誉，已成为交通、电子通信、航天航空和国防军工等工业领域的重要材料。

目前镁合金产品主要是铸件，特别是压铸产品占绝大部分。然而，铸件的力学性能不够理想，且容易产生铸造缺陷，导致镁合金的应用范围受到很大限制。通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且通过材料组织的控制和合适的热处理工艺，可以获得比铸造镁合金更高的强度与塑性。而变形镁合金铸造锭坯的铸造冶金质量会显著影响变形镁合金后续塑性加工的变形能力和材料产品质量。在镁合金铸锭中，裂纹、夹杂、冷隔、气孔等缺陷是铸锭报废的主要原因。

目前，一般采用半连续铸造或重力铸造方法制备锻造、挤压、轧制及其它塑性加工工艺用的镁合金铸造锭坯；相比于重力铸造，镁合金半连续铸造工艺虽然名义上生产效率高，但是采用半连续铸造工艺制备大尺寸(截面直径≥200mm或相当截面积的其它截面形状)镁合金锭坯，由于凝固收缩应力大，铸造过程中容易出现裂纹，因此生产大尺寸镁合金铸造锭坯真正能产生经济效益的实际生产成功率不如铝合金半连续铸造的生产那么高。相对于铝合金铸造锭坯或其变形材料产品的价格，必须提高镁合金锭坯或其变形材料产品的市场价格，否则，生产企业难以获得经济效益。

在半连续铸造中，多结晶器系统同时浇注多根镁合金铸锭坯能极大提高生产效率与材料利用率，但是对设备要求高，工艺控制严格而且困难。比如用该方法生产铝合金锭坯时，金属液面过低会造成铸锭表面形成冷隔，严重时会有漏铝产生，液面过高又极易造成铸锭表面拉痕、拉裂。采用半连续铸造工艺无论是生产铝合金锭坯还是镁合金锭坯，都需对锭坯进行喷水冷却。如果镁液从结晶器或尚未凝固的锭坯中漏出遇到水会发生爆炸，存在很大的安全隐患；而且，采用半连续铸造工艺制备小尺寸(截面直径≤200mm或相当截面积的其它截面形状)锭坯时，由于镁合金的热容比铝小很多，凝固速度也更快，同时控制多个结晶器内镁液温度的均匀性、一致性相当困难，因此，目前尚未有采用多个结晶器同时浇注多根镁合金小规格锭坯稳定工业生产的实例。

采用半连续铸造或重力铸造工艺制备不同镁合金牌号铸造锭坯的过程中存在一定的不足。比如Mg-Gd-Y系新型高强耐热镁合金，该系列镁合金在重力铸造条件下很容易形成夹杂缺陷，并且很难通过净化等方法去除，而半连续铸造Mg-Gd-Y系镁合金的凝固收缩量大，再加上合金本身的塑性不高，导致锭坯内部应力大，容易产生裂纹，铸造大规格尺寸的铸锭坯合格率低。对于AZ80、AZ61等镁合金，需要采用晶粒细化的碳变质处理，但是碳变质存在变质衰退，而半连续浇注需要数小时，铸锭坯会存在晶粒尺寸粗大的问题。对于上述合金以及具有高塑性的Mg-Zn-Gd或商业AZ31等镁合金，在生产小规格挤压型材或其它小尺寸变形材时，需要小规格的铸锭坯，工业上通常先铸造出大规格铸锭坯，对大铸锭挤压一道次减小直径后，利用挤压所得小规格坯料才能再进行后续的热加工，工序较长，增加了材料的生产成本。

发明内容