典型的镁合金熔炼工艺

　　1)熔剂法 将坩锅预热至暗红色(400-500℃),在坩锅内壁及底部均匀地撒上一层粉状RJ-2(或RJ-1)熔剂.炉料预热至150℃以上,依次加入回炉料,镁锭,铝锭,并在炉料上撤一层RJ-2熔剂,装料时熔剂用量约占炉料重量的1%-2%.升温熔炼,当熔液温度达700-720℃时,加入中间合金及锌锭.在装料及熔炼过程中,一旦发现熔液露出并燃烧,应立即补撒RJ-2熔剂,炉料全部熔化后,猛烈搅动5～8min,以使成分均匀.接着浇注光谱试样,进行炉前分析.如果成分不合格,可加料调整,直至合格.

　　将熔液升温至730℃,除去熔渣,并撒上一层RJ-2熔剂保温,进行变质处理.即将占炉料总重量0.4%的菱镁矿(使用前破碎成φ10mm左右的小块)分作2-3包,用铝箔包好,分批装于钟罩内,缓慢压入熔液深度2/3处,并平稳地水平移动,使熔液沸腾,直至变质剂全部分解(时间约6～12min);如采用C2Cl6变质处理,加入量为炉料总重量的0.5%～0.8%,处理温度为740～760℃.

　　变质处理后,除去表面熔渣,撒以新的RJ-2熔剂.调整温度至7l0-730℃,进行精炼.搅拌熔液10-30min,使熔液自下而上翻滚,不得飞溅,并不断在熔液的波峰上撒以精炼剂.精炼剂的用量视熔液中氧化夹杂含量的多少而定,一般约为炉料重量的1.5%-2.0%.精炼结束后,清除合金液表面,坩锅壁,浇嘴及挡板上的熔渣,然后撒上RJ-2熔剂.

　　将熔液升温至755～770℃,保温静置20～60min,浇注断口试样,检查断口,以呈致密,银白色为合格.否则,需重新变质和精炼.合格后将熔液调至浇注温度(通常为720～780℃),出炉浇注.精炼后升温静置的目的是减少熔液的密度和粘度,以加速熔渣的沉析,也使熔渣能有较充分的时间从镁熔液中沉淀下来,不至混入铸件中.过热对晶粒细化也有利,必要时可过热至800～840℃,再快速冷却至浇注温度,以改善晶粒细化效果.

　　熔炼好的熔液静置结束后应在1h内浇注完,否则需重新浇注试样,检查断口,检查合格方可继续浇注,不合格需要重新变质,精炼.如断口检查重复两次不合格时,该熔液只能浇锭,不能浇铸件.整个熔炼过程(不包括精炼)熔剂消耗约占炉料总重量的3%～5%.

　　2)无熔剂熔炼(气体)法

　　无熔剂法的原材料及熔炼工具准备基本上与熔剂熔炼时相同,不同之处在于:①使用SF6,CO2等保护气体,C2Cl6变质精炼,氩气补充吹洗,其技术要求如表7.14所示.②对熔体工具清理干净,预热至200～300℃喷涂料.③配料时二,三级回炉料总重量不大于炉料总重量的40%,其中三级回炉料不得大于20%.

　　表3 无熔剂熔炼用气体及C2Cl6的技术要求

　　名称

　　技术要求(质量分数)

　　SF6

　　水分≤30×10-4%;CF4≤0.1%;空气≤0.1%;酸度(以HF表示)≤5×10-4%;可水解氟化物(以HF表示)≤15×10-4%;生物试验合格

　　CO2

　　纯度≥99.9%

　　Ar

　　纯度≥99.9%

　　C2Cl6

　　工业一级

　　首先将熔炼坩锅预热至暗红,约500～600℃,装满经预热的炉料,装料顺序为:合金锭,镁锭,铝锭,回炉料,中间合金和锌等(如无法一次装完,可留部分锭料或小块回炉料待合金熔化后分批加入),盖上防护罩,通入防护气体,升温熔化(第一次送入SF6气体时间可取4～6min).当熔液升温至700～720℃时,搅拌2～5min,以使成分均匀,之后清除炉渣,浇注光谱试样.当成分不合格时进行调整,直至合格.升温至730～750℃并保温,用质量分数为0.1%的C2Cl6自沉式变质精炼剂进行处理,其配方见表4.

　　表4 自沉式精炼变质剂配方

　　编号

　　成分组成/g

　　C2Cl6

　　石墨

　　Zn

　　1

　　30

　　3

　　14～18

　　2

　　50

　　5

　　23～28

　　3

　　100

　　10

　　45～55

　　精炼变质处理后除渣,并在730～750℃用流量为1～2L/min的氩气补充精炼(吹洗)2～4min(吹头应插入熔液下部),通氩气量以液面有平缓的沸腾为宜.吃氩气结束后,扒除液面熔渣,升温至760～780℃,保温静置10～20min,浇注断口试样,如不合格,可重新精炼变质(用量取下限),但一般不得超过3次.熔液调至浇注温度进行浇注,并应在静置结束后2h内浇完.否则,应重新检查试样断口,不合格时需重新进行精炼变质处理.

　　浇注前,从直浇道往大型铸型内通入防护性气体2～3min,中小型内为0.5～1min,并用石棉板盖上冒口.浇注时,往浇包内或液流处连续输送防护性气体进行保护,并允许撒硫磺和硼酸混合物,其比例可取1:1,以防止浇注过程中熔液燃烧.

　　(2)ZK40镁合金的熔炼工艺

　　坩埚,炉料等准备与AZ91 合金相同,锆以Mg-Zr中间合金形式加入,并仔细清理炉料,绝不允许与Mg-Al系合金混料.熔化工具也专用,不得与 Mg-Al系合金的熔化工具混用.

　　炉料组成(质量分数):新料10%～20%,回炉料80%～90%(其中一级回炉料应占 60%以上).

　　将坩埚加热至暗红色,在其底部撒以适当的熔剂.加入预热150℃以上的镁锭及回炉料,升温熔化.当熔液温度达720～740℃时加入锌.继续升温至780～810℃,分批缓慢加入Mg-Zr中间合金.全部熔化后,搅拌25min以加速锆的溶解,使成分均匀.在熔液温度不低于 760℃时浇注断口试样.若断口不合格,可酌情补加质量分数为1%～2%的Mg-Zr中间合金,重新检查断口,允许第二次补加,若仍不合格,该炉合金只能浇锭.断口合格的熔液可调至 750～760℃,将搅拌机叶轮沉至熔液 2/3 处,搅拌4～6min,并不断在液流波峰上撒以熔炼熔剂,熔剂用量为炉料总重量的1.5%～2.5%.然后清除浇嘴,挡板,坩埚壁及熔液表面上的熔渣,再撒入新的覆盖熔剂.将熔液升温至780～820℃,静置保温15min,必要时可再次检查断口,直至静置总时间为30～50min,即可出炉浇注.覆盖,精炼均采用RJ-4熔剂.在整个熔炼过程中,熔剂的消耗量占炉料总重量的2%～3%(不包括精炼用熔剂).精炼后静置时间不允许超过2h ,并且保持温度在780～820℃之间,以免锆沉淀.

　　锆还可以氯锆酸盐或氟锆酸盐(Na2ZrF4)状态加入镁合金中,这时需要注意的是:①盐的加入量一般为计算组成的8～10倍.②以氟锆酸盐状态加入锆时,由于要求必须过热至900℃,操作中比较困难.③以氯锆酸盐状态加入锆时,虽然加入难度小了,但所获得的铸件耐蚀性能不足.

　　含锆镁合金的关键是锆能否加入到镁合金中去,晶粒细化效果是否合格.为此,第一,要仔细清理炉料,采用较纯净的炉料,以减少铁,硅,铝等各种杂质的影响,否则不仅会损耗一定数量的锆,而且会严重影响合金的质量.第二,锆的温度不低于780℃,否则锆很容易沉淀在坩埚底部,造成合金中锆量不足.温度高于820℃,熔液表面氧化加剧,且将从大气中吸氢,同时因铁的溶入量增加,使锆与铁,氢形成的化合物增多,也会加大锆的损耗,削弱锆的细化效果.为避免锆的沉淀析出,应尽量缩短合金液的停留时间,特别是760℃以下的停留时间.