第四章铸造镁合金熔炼课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,南昌航空大学铸造工程系,南昌航空工业学院铸造教研室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,南昌航空大学铸造工程系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,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？,主要内容复习与回顾变质处理,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,第四章 铸造镁合金熔炼铸镁熔炼的物理化学及工艺特性,4-1,铸镁熔炼的物理化学及工艺特性,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、燃烧的措施，如,采用熔剂覆盖或用防护性气氛,。,镁合金熔炼时的物理化学特性镁-氧反应,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,Al,2,O,3,-,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,铝合金融体 镁合金融体空气(放热反应-加速氧化过程,镁,-,水反应,Mg+H,2,O,MgO+H,2,Mg+2H,2,O,Mg(OH),2,+H,2,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-水反应 Mg+H2O MgO+H2,镁与氮,反应生成,Mg,3,N,2,的膜，此膜是多孔的，反应比,Mg-O,2,、,Mg-H,2,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,CO,2,、,CO,发生反应生成,Mg,2,C+MgO(,或,MgO+C),。镁与,CO,2,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,镁与氮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,SO,2,SO,2,与镁液相遇时，即发生下列放热反应：,3Mg+SO,2,2MgO+MgS 2Mg+SO,2,2MgO+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，,SO,2,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（续）,镁与硫镁与其它物质间的反应（续）,镁与硼酸,硼酸,(H,3,BO,3,),受热后即脱水变成硼酐,(B,2,O,3,),，,B,2,O,3,遇镁液及其表面上生成的,MgO,即发生下列反应：,B,2,O,3,+3Mg,3MgO+2B,B,2,O,3,+MgO,MgOB,2,O,3,还原出的硼即与镁液反应生成致密的,Mg,3,B,2,膜，后一反应中生成的,MgOB,2,O,3,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）,镁与硼酸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,MgCl,2,吸湿性很强，露出铸件表面的熔剂夹杂很易吸收大气中的水分发生反应：,MgCl,2,+2H,2,O,Mg(OH),2,+2HCl Mg+2HCl,MgCl,2,+H,2,铸造镁合金熔炼的工艺特性,-,概述,非金属夹杂物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）,孕育处理概述（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,710,740,。,精炼静置,精炼以后应静置,10,15min,，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的辅助作用。,铸造镁合金的精炼特点,精炼方法铸造镁合金的精炼特点,镁合金熔炼的保护技术,保护方法,类别,保护机理,应用范围,熔盐保护法,Mg,，,K,的氯盐混合物,融盐层直接物理隔离,精炼、单件小批量铸造生产,合金化保护,Ca,，,RE,，,Be,元素等,形成致密氧化膜后物理隔离,适合特殊镁合金铸件的生产,气体保护法,1、CO,2,，,SO,2,，,SF,6,，,BF,3,，,F-C-O-H,化合物,2、,N,2,，,Ar,1,、与合金反应形成致密保护膜,2,、隔离空气,熔炼、浇注时的熔体保护；热处理保护,用各种物理化学方法，将熔体与大气隔离，达到阻燃目的！,镁合金熔炼的保护技术保护方法类别保护机理应用范围熔盐保护法M,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,熔化温度对熔剂性能的要求,无水光卤石,成分为,44,52%MgCl,2,、,32,46%KCl,，余为其它氯盐。一般用于洗涤熔炼工具。,RJ-1,熔剂,成分为,92,95%,无水光卤石及,5,8%BaCl,2,，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,+3,5%CaF,2,，用于固定式坩埚熔炼。,RJ-3,熔剂,成分为,75%,无水光卤石、,15,20%CaF,2,、,7,10%MgO,。用作可提出式坩埚熔炼时的熔剂。,镁合金用熔剂的种类,无水光卤石镁合金用熔剂的种类,一是熔剂粉尘和高温分解出,Cl,2,、,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,一是熔剂粉尘和高温分解出Cl2、HCl和蒸发的盐雾，造成严重,镁合金熔炼气体保护的种类,保护气体,保 护 机 理,应用特点,SF,6,2Mg(L),O,2,SF,6,2MgF,2,(S),SO,2,F,2,2MgO(S),SF,6,2MgF,2,(S),SO,2,F,2,保护效果好，但存在严重环境问题,CO,2,Mg(L),CO,2,MgO,C(,无定型,),无定型碳可抑制镁蒸发，但高温保护效果不佳,SO,2,3Mg,SO,2,2MgO,MgS,2Mg,SO,2,2MgO,S,保护效果较好，有刺激性气味,镁合金熔炼气体保护的种类保护气体保 护 机 理应用特点SF6,在含,SF,6,气氛下熔炼，液面生成,MgF,2,+MgO,膜，,MgF,2,的致密度系数,=1.32,，故使表面膜致密，可起保护作用。,Mg(SF,6,+,空气,),的作用：保护作用更强。,Mg(SF,6,+CO,2,),的作用：比用空气作载体更好。,保护气氛中湿度的影响：空气或,CO,2,气体干燥。,镁合金熔炼时,SF,6,保护机理,在含SF6气氛下熔炼，液面生成MgF2+MgO膜，MgF2,不同温度下保护型混合气体的最佳成分,温度,/,混合气体推荐成分（体积分数，,%,）,保护效果,650,705,Air+(0.04,0.2)SF,6,非常好,650,705,75Air+25CO,2,+0.2SF,6,非常好,705,760,50Air+50CO,2,+0.3SF,6,非常好,不同温度下保护型混合气体的最佳成分 温度/混合气体推荐成分,镁合金熔炼气体保护的新发展,保护气体：,SO,2,CO,2,主要成分：,SO,2,：,1.0,5.0%,，,CO,2,:15.0,20.2%,，,N,2,:79.0%,，,保护机理：,SO,2,：,生成,MgSMgO,保护膜,隔绝空气,CO,2,：生成无定型碳抑制,Mg,蒸发,镁合金熔炼气体保护的新发展保护气体：,保护气体在线发生技术原理,定量给料,固体粉料,流量控制,洁净空气源,混合保护气体,温度控制仪表,反应器,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,S,C,S,O,2,SO,2,C,O,2,CO,2,空,气,O,2,N,2,SO,2,CO,2,(,O,2,),N,2,保护气体在线发生技术原理 定量给料固体粉料流量控制洁净空气源,应用情况,新型镁合金轮毂挤压铸造线,镁合金压铸单元,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,850,950,，保持,10,15min,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,过热孕育法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,Al,4,C,3,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。,MgCO,3,MgO+CO,2,2Mg+CO,2,2MgO+C,3C+4Al Al,4,C,3,加碳孕育法,原理加碳孕育法,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,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,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,镁合金中的气体主要是氢。铸镁合金的除气,4-2,铸造镁合金的熔炼工艺,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。,铸镁合金熔炉简介-坩埚炉（1）分类,无芯工频感应电炉,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。,无芯工频感应电炉热效率高；,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,60,80%,，新金属料则占,20,40%,。新金属料以纯镁、纯铝、纯锌加入，,Mn,以,Al,Mn,中间合金形式加入。,预热坩埚,将坩埚加热至暗红色（约,400,500,），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,150,200,的炉料，并在炉料上撒一层,RJ-2,熔剂。,ZM5,镁合金的熔炼工艺,准备坩埚 Z