CN102094125B - 电渣重熔制备镁合金的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种电渣重熔制备镁合金的工艺方法，首先将待制备的镁合金原料混合后在SF6＋CO2-气体保护下置于800℃～900℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒，再装入电渣炉进行电渣熔炼，工作电压为25～40V，工作电流为0.8～5kA，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，保护气体为SF6＋CO2-，熔炼过程中加入经700℃～850℃下保温6～8小时的电渣渣料，电渣渣料的加入量为自耗电极棒质量的3%～4%，所述的电渣渣料组份的质量百分数为：5%～15%CaO、5%～20%Al2O3、10%～30%MgO、余量为CaF2，电渣熔炼后经水冷结晶器快速凝固的镁合金铸锭在500℃～525℃退火处理3～5小时后通过机加工即得到成品。
Description
技术领域
本发明涉及一种电渣重熔制备镁合金的工艺方法，属于镁合金生产领域。
背景技术
镁合金是可实现规模化生产和应用的最轻（密度最小）的金属结构材料。镁合金的比强度和比刚度高，切削加工性能和阻尼减震性能良好，因此是许多产品实现轻量化的理想材料。近年来，在低碳经济的驱动下，汽车产品的节能减排成为社会关注的焦点，镁合金也因此成为现代汽车产品的重要材料之一。
迄今为止，商业镁合金的牌号已有数十种，涵盖Mg-Al-Zn（AZ）、Mg-Al-Si（AS）、Mg-Al-RE（AE）、Mg- Zn系及Mg-RE系多个合金系，但是仅有少量的镁合金牌号（如AZ91D（Mg-9Al-1Zn-0.3Mn）、AM60B（Mg-6Al-0.3Mn）等）被汽车产品所应用，而且主要用于一些承载小的非关键零件，还不能用于汽车发动机和传动机构等关键部件，这是由于镁合金相比其它结构材料强度较低，尤其高温强度和抗蠕变性能较差，工作温度不能超过120℃，因此限制了这类合金在汽车、航空航天等工业中的进一步应用。一些稀土耐热镁合金由于铸造性能差和生产成本较高，也不适合规模化生产。因此，开发具有良好综合性能的低成本高强耐热镁合金，仍是目前镁合金研究领域的热点。
电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的铸锭。电渣重熔目前主要用于钢种，经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀，电渣钢铸态组织机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。目前镁合金铸锭的生产方法主要是气体保护感应熔炼，但这种方法制备的镁合金晶粒粗大、性能较差，通常需要复杂的塑性变形及热处理才可投入使用。因此期望可以研发出一种工艺稳定简单、成本较低、材料制备技术优良的制备工艺生产镁合金。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电渣重熔制备镁合金的工艺方法，由本发明得到的镁合金材料具有室温及高温抗拉强度高，塑性和抗蠕变性能优良，晶粒细化，同时使材料具有良好的加工性，材料的制备成本低的优点。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种电渣重熔制备镁合金的工艺方法，其工艺步骤如下：
（a）首先将待制备的镁合金原料混合后在SF6＋CO2-混合气体保护下置于800℃～900℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒；
（b）将自耗电极棒装入电渣炉进行电渣熔炼，电渣炉工作电压为25～40V，工作电流为0.8～5kA，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，熔炼过程在SF6＋CO2-混合气体保护下进行，熔炼过程中加入经700℃～850℃下保温6～8小时的电渣渣料，电渣渣料的加入量为自耗电极棒质量的3%～4%，所述的电渣渣料由CaO、Al2O3、MgO及CaF2组成，电渣渣料组份的质量百分数为：5%～15% CaO、5%～20% Al2O3、10%～30% MgO、余量为CaF2；
（c）电渣熔炼后经水冷结晶器快速凝固的镁合金铸锭在500℃～525℃退火处理3～5小时后通过机加工即得到成品。
有益效果
本发明提出了一种简单易行的工艺路线，通过电渣重熔时电流流经熔融渣料产生的电阻热作为热源对镁合金进行熔炼，从而净化合金。又经水冷结晶器快速凝固和后续热处理，获得均匀细小的镁合金组织，如图1所示，其晶粒大小只有20～50μm。通过这种方法获得的镁合金材料，性能特点如下：
室温抗拉强度：350MPa～450 MPa；
断后收缩率：8%～15%；
150℃抗拉强度：250 MPa～400 MPa；
250℃抗拉强度：200 MPa～300 MPa；
200℃/80 Mpa条件下最小蠕变速率：1.2×10-10～4.2×10-9；100h蠕变延伸率：0.027%～0.247%。
综上所述，本发明采用的电渣重熔工艺可以显著细化镁合金晶粒，其综合性能指标明显优于气体保护感应熔炼制备的镁合金材料，且该制备方法工艺简单，成本相对较低，可以大规模生产。
附图说明
图1 为电渣重熔Mg-Y-Zn合金的金相照片，从图中可以看出，该镁合金晶粒大小在20～50μm之间。
具体实施方式
实施例1
将纯镁、纯铝和纯锌按质量百分数94%、5%、1%混合后在SF6＋CO2-混合气体保护下置于850℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒；将质量百分数为12%CaO、10%Al2O3、16% MgO、62%CaF2混合均匀，在800℃保温6小时作为电渣渣料，并一直保持在烘箱中，直至电渣重熔前取出，以保证干燥；将自耗电极棒装入电渣炉进行熔炼，电渣炉工作电压为30V，工作电流为1.5kV，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，熔炼过程在SF6＋CO2-混合气体保护下进行，熔炼过程中根据需要加入电渣渣料直至电渣过程完成；将电渣熔炼后的镁合金铸锭在500℃退火处理3.5个小时，其间可通入氩气保护，热处理后通过机加工即得到成品。
实施例2
将纯镁、纯钇和纯锌按质量百分数90.5%、7%、2.5%混合后在SF6＋CO2-混合气体保护下置于880℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒；将质量百分数为10%CaO、15%Al2O3、20% MgO、55%CaF2混合均匀，在800℃保温6小时作为电渣渣料，并一直保持在烘箱中，直至电渣处理前取出，以保证干燥；将自耗电极棒装入电渣炉进行熔炼，电渣炉工作电压为35V，工作电流为2.0kV，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，熔炼过程在SF6＋CO2-混合气体保护下进行，熔炼过程中根据需要加入电渣渣料直至电渣过程完成；将电渣熔炼后的镁合金铸锭在520℃退火处理5个小时，其间可通入氩气保护，热处理后通过机加工即得到成品。
所制备镁合金性能
实施例3
一种电渣重熔制备镁合金的工艺方法，其工艺步骤如下：
（a）首先将待制备的镁合金原料混合后在SF6＋CO2-混合气体保护下置于800℃～900℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒，在本实施例中，按照镁合金中铝的质量百分比含量为1%、3%或5%，将纯镁和纯铝混合后置于800℃、850℃或900℃下经真空感应炉熔炼制成自耗电极棒；
（b）将自耗电极棒装入电渣炉进行电渣熔炼，电渣炉工作电压为25～40V，工作电流为0.8～5kA，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，熔炼过程在SF6＋CO2-混合气体保护下进行，熔炼过程中加入经700℃～850℃下保温6～8小时的电渣渣料，电渣渣料的加入量为自耗电极棒质量的3%～4%，所述的电渣渣料由CaO、Al2O3、MgO及CaF2组成，电渣渣料组份的质量百分数为：5%～15% CaO、5%～20% Al2O3、10%～30% MgO、余量为CaF2，在本实施例中，电渣渣料组份的质量百分数为：5%CaO、5%Al2O3、30% MgO、60%CaF2，15%CaO、5%Al2O3、10% MgO、70%CaF2或5%CaO、20%Al2O3、10% MgO、65%CaF2；
（c）电渣熔炼后经水冷结晶器快速凝固的镁合金铸锭在500℃～525℃退火处理3～5小时后通过机加工即得到成品。
Claims (1)
1.一种电渣重熔制备Mg-5Al-1Zn或Mg-7Y-2.5Zn镁合金的工艺方法，其工艺步骤如下：
（a）首先将待制备的镁合金原料混合后在SF6＋CO2混合气体保护下置于800℃～900℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒；
（b）将自耗电极棒装入电渣炉进行电渣熔炼，电渣炉工作电压为25～40V，工作电流为0.8～5kA，引弧块为纯铝块，引弧渣料为CaF2，熔炼过程在SF6＋CO2混合气体保护下进行，熔炼过程中加入经700℃～850℃下保温6～8小时的电渣渣料，电渣渣料的加入量为自耗电极棒质量的3%～4%，所述的电渣渣料由CaO、Al2O3、MgO及CaF2组成，电渣渣料组份的质量百分数为：5%～15%CaO、5%～20%Al2O3、10%～30%MgO、余量为CaF2；
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