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1、主要内容复习与回顾,变质处理浮游法精炼锆对镁合金有什么影响？稀土对镁合金有什么影响？在几类镁合金中，为什么Mg-Al类合金必须进行孕育处理，锆在Mg-Al类合金能否起孕育作用？铸造镁合金固溶处理时为什么要分段加热？,第四章 铸造镁合金熔炼,铸镁熔炼的物理化学及工艺特性铸镁合金熔炼工艺,4-1 铸镁熔炼的物理化学及工艺特性,镁合金熔炼时的物理化学特性,镁-氧反应 镁与氧的化学亲和力很大，生成的氧化膜是疏松的。温度高于500时氧化加速，超过熔点后，其氧化速度激增，会发生剧烈氧化而燃烧，放出大量的热量，甚至可达2850，引起镁的大量汽化，燃烧加剧而爆炸。根据镁易氧化的特点，熔化时必须采取防止氧化、燃
2、烧的措施，如采用熔剂覆盖或用防护性气氛。,铝合金融体,镁合金融体,空气,(放热反应-加速氧化过程),空气,薄、富有弹性、致密的保护性 Al2O3-氧化膜,厚、破裂、无保护性的 MgO-氧化膜,氧化和蒸发,镁合金融体,铝合金融体,铝合金与镁合金氧化膜比较,镁-水反应,Mg+H2O MgO+H2 Mg+2H2O Mg(OH)2+H2 相同条件下，镁与水之间的反应，要比镁与氧之间的反应更激烈当熔融镁与水接触时，不仅因生成MgO放出大量的热，而且反应产物氢与周围大气中的氧迅速作用生成水，水又受热急剧汽化膨胀，结果导致猛烈的爆炸。,镁与氮反应生成Mg3N2的膜，此膜是多孔的，反应比Mg-O2、Mg-H2
3、O反应缓慢得多，且会优先进行，因此在高温下氮气对镁而言基本上可算一种无害的气体。镁与CO2、CO发生反应生成Mg2C+MgO(或MgO+C)。镁与CO2反应生成的表面膜具有一定防护作用。,镁与其它物质间的反应,镁与硫相遇时，硫即蒸发（硫的沸点为444.6），并在镁液表面形成致密的MgS膜。硫蒸气遇氧后即生成SO2,SO2与镁液相遇时，即发生下列放热反应：3Mg+SO2 2MgO+MgS 2Mg+SO2 2MgO+S生成的2MgO+MgS复合表面膜近似致密，具有阻缓镁液氧化的作用。但如温度高于750时，此膜将不再能起保护作用，SO2将与镁液反应剧烈同时生成大量硫化物夹杂。,镁与其它物质间的反应（
4、续）,镁与硼酸硼酸(H3BO3)受热后即脱水变成硼酐(B2O3)，B2O3遇镁液及其表面上生成的MgO即发生下列反应：B2O3+3Mg 3MgO+2B B2O3+MgO MgOB2O3还原出的硼即与镁液反应生成致密的Mg3B2膜，后一反应中生成的MgOB2O3也能在镁液表面上形成严密的釉质保护膜。,镁与其它物质间的反应（续）,非金属夹杂物 氧化夹杂 镁液很易与大气中的氧、水气、氮反应而生成不溶于镁液的、难熔的MgO等化合物，它们混入铸型后即成为“氧化夹杂”。熔剂夹杂 由于熔镁时使用熔剂，操作不当时，熔剂随同镁液混入铸型即成为“熔剂夹杂”。因熔剂中的MgCl2吸湿性很强，露出铸件表面的熔剂夹杂很
5、易吸收大气中的水分发生反应：MgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HCl Mg+2HCl MgCl2+H2,铸造镁合金熔炼的工艺特性-概述,孕育处理孕育处理对合金的晶粒大小和机械性能有很大影响，且对镁液中的氧化夹杂亦有一定的影响。安全 镁液很易与氧、水气等作用而发生燃烧，甚至发生爆炸，因此熔镁过程中的安全也是一个很突出的问题。,概述（续）,精炼方法精炼属于内部熔剂法，即依靠熔剂在金属液内部吸附夹杂。精炼温度精炼温度尽可能低以减少镁液的氧化，一般为710740。精炼静置精炼以后应静置1015min，使镁液中的熔渣较充分地沉淀。二次精炼二次精炼在孕育后，时间较短，仅起去除孕育时可能产生的氧化夹杂
6、的辅助作用。,铸造镁合金的精炼特点,镁合金熔炼的保护技术,用各种物理化学方法，将熔体与大气隔离，达到阻燃目的！,熔化温度 应低于所熔金属的熔点，使熔剂在熔炼过程中保持液态。密度 与金属液间应有较大的密度差，使熔剂混入金属液时易于排出。粘度 粘度一般应小些，使表面覆盖熔剂层被推开后能较快地闭合 夹杂物与湿度 不应带有对金属液质量有害的杂质及夹杂物，熔剂吸湿性要小。化学稳定性 熔炼时不与合金液、坩埚及炉气间发生反应；不挥发，不分解。,对熔剂性能的要求,无水光卤石 成分为4452%MgCl2、3246%KCl，余为其它氯盐。一般用于洗涤熔炼工具。RJ-1熔剂 成分为9295%无水光卤石及58%BaC
7、l2，一般仅用于洗涤坩埚，或用作固定式坩埚熔炼的覆盖熔剂。RJ-2熔剂 成分为RJ-1熔剂+35%CaF2，用于固定式坩埚熔炼。RJ-3熔剂 成分为75%无水光卤石、1520%CaF2、710%MgO。用作可提出式坩埚熔炼时的熔剂。,镁合金用熔剂的种类,一是熔剂粉尘和高温分解出Cl2、HCl和蒸发的盐雾，造成严重的公害；二是铸件容易出现熔剂夹杂，降低抗蚀性和机械性能。,熔剂熔炼存在的问题,镁合金熔炼气体保护的种类,在含SF6气氛下熔炼，液面生成MgF2+MgO膜，MgF2的致密度系数=1.32，故使表面膜致密，可起保护作用。Mg(SF6+空气)的作用：保护作用更强。Mg(SF6+CO2)的作用
8、：比用空气作载体更好。保护气氛中湿度的影响：空气或CO2气体干燥。,镁合金熔炼时SF6保护机理,不同温度下保护型混合气体的最佳成分,镁合金熔炼气体保护的新发展,保护气体：SO2CO2主要成分：SO2：1.05.0%，CO2:15.020.2%，N2:79.0%，保护机理：SO2：生成MgSMgO保护膜隔绝空气 CO2：生成无定型碳抑制Mg蒸发,保护气体在线发生技术原理,单质的S和C，在大气中的燃点分别为400和700。经实验室研究确定，当反应器温度控制在750左右时，S和C迅速地发生燃烧，几乎完全消耗掉，没有熔体的污染问题。,固体料,SC,S O2 SO2C O2 CO2,空气,O2N2,SO
9、2 CO2(O2)N2,应用情况,新型镁合金轮毂挤压铸造线,镁合金压铸单元,过热孕育法 在生产中发现把Mg-Al类镁合金（如ZM5）熔化和加热到850950，保持1015min左右，然后迅速冷却到浇注温度，尽快浇注，即可使晶粒细化。因温度过高，增加了镁液的氧化；延长了熔炼时间，使熔化生产率降低；降低镁合金的抗蚀性，由于温度过高，使镁液中的铁量急剧增加，铁是有害杂质。,Mg-Al类镁合金的孕育处理,原理 在Mg-Al类合金液中加入含碳物质后，它与合金液起反应生成碳，新生态碳与铝进一步形成大量弥散的Al4C3质点，即增多了结晶晶核，使晶粒得到细化。方法 常用的加碳孕育法是加碳酸镁。MgCO3 Mg
10、O+CO2 2Mg+CO2 2MgO+C 3C+4Al Al4C3,加碳孕育法,Mg-Zn类合金中加入锆能使晶粒显著细化。凝固过程中，锆在镁液中的溶解度随温度下降而降低，使得大量难熔的锆质点从合金液中弥散析出，增加了镁合金结晶时的晶核，使晶粒细化。,Mg-Zn类合金的孕育处理,镁合金中的气体主要是氢。除气方法有：吹惰性气体氩或氮加六氯乙烷,铸镁合金的除气,4-2 铸造镁合金的熔炼工艺,铸镁合金熔炉简介-坩埚炉,（1）分类 熔化炉 采用燃料加热，升温较快，多用作熔化炉。保温炉 电加热炉便于控制温度，常用作保温炉，也用来当熔化炉。（2）坩埚材料 熔镁时常采用钢板焊接坩埚，钢板一般为20号钢。,无芯
11、工频感应电炉,热效率高；熔化生产率高；在熔化中无烟尘、无燥声；工作环境温度低；电磁搅动作用易使合金 成分均匀，且有精炼作用。,准备坩埚新坩埚应用熔剂试熔8h不漏方可用来熔化镁合金。准备炉料回炉料一般为炉料重量的6080%，新金属料则占2040%。新金属料以纯镁、纯铝、纯锌加入，Mn以AlMn中间合金形式加入。预热坩埚将坩埚加热至暗红色（约400500），在其内壁及底部均匀地撒一层粉状RJ-2熔剂，按回炉料、纯镁及纯铝次序装入预热至150200的炉料，并在炉料上撒一层RJ-2熔剂。,ZM5镁合金的熔炼工艺,4.熔化熔剂 在另一坩埚炉中熔化RJ-1熔剂或光卤石，保温在750800范围内。浇包及熔化
12、工具进入镁液前应先在此熔剂中洗涤，充分预热，彻底去除所吸附的水分和粘附的氧化渣。5.加中间合金 炉料熔化后，在700730加入预热的Al-Mn和Al-Be中间合金，待其熔化后加入纯锌。,ZM5镁合金的熔炼工艺（续）,6.精炼 炉料全部熔化后，除去液面上的脏熔剂，换上新熔剂，然后在720740进行精炼，精练约58min左右，直到镁液表面不再有白色氧化物从熔池下部翻上来，液面呈现光亮的镜面为止。7.孕育处理 在720740孕育处理，用钟罩将占炉料重0.3-0.4%的小块菱镁矿分批压入镁液。8.二次精炼 孕育处理后，在720740进行，约23min，直至镁液表面呈光亮镜面为止。再浇注断口试样，检查晶
13、粒度及有无氧化夹杂，确定精炼及孕育效果。升温至760780静置1015min即可浇注。,ZM5镁合金的熔炼工艺（续）,在含锆镁合金熔炼中，加锆工艺是生产中影响质量的关键问题。镁合金中加锆存在下列各种困难：锆的熔点高，密度大；锆的化学活性强，锆在高温下易和大气或炉气中的气体反应，形成的化合物也不溶于镁液中，使锆的损耗增加；许多元素阻碍增加锆，锆能和镁液中的许多元素等形成化合物，它们不溶于镁液中，沉淀在坩埚底部，MgO也会使镁液中的锆析出沉淀，这些都降低了合金液中的含锆量。,含锆镁合金的熔炼工艺概述,方法 一般用含锆化合物或中间合金加锆。采用Mg-Zr中间合金加锆的优点：使用方便；非金属夹杂少；合
14、金化效果较好。含锆镁合金的熔炼 含锆ZM1合金熔炼工艺与ZM5大致相同，只是孕育处理由MgCO3换成了Zr来细化晶粒。,加锆及熔炼工艺,尽量减少稀土的烧损，提高锆的回收率 采用不含MgCl2或含MgCl2含量低的熔剂；采取较低的加入温度，一般为740 或750 以下；尽量缩短熔炼时间和熔化后的停放时间；采用漏勺将稀土迅速沉入熔池深处。,含稀土镁合金熔炼工艺的关键,1坩埚在每次使用前应进行严格检查；2如发生镁液着火，严禁用水扑灭。小火源可用干砂，铸镁用型砂来扑灭；当火源大时，就只能用干燥熔剂来扑灭。另外，也可采用镁合金专用的7150泡沫灭火剂。,熔镁时的安全技术,镁合金熔炼时为什么需要保护，其熔炼保护技术有哪几种，基本原理是什么？镁合金气体保护熔炼的意义，SF6保护机理及存在的问题？Mg-Al类合金为什么不能加锆变质，其孕育处理方法有哪几种？镁合金熔炼时加锆存在哪些困难，实际生产中是如何加锆的？,思考题,镁合金熔炼时为什么需要保护，其熔炼保护技术有哪几种，基本原理是什么？镁合金气体保护熔炼的意义，SF6保护机理及存在的问题？Mg-Al类合金为什么不能加锆变质，其孕育处理方法有哪几种？,课前复习题,
