AQ80M鎂合金大錠坯電磁半連續鑄造工藝的製作方法

2024-02-20 18:13:15

本發明屬於鎂合金鑄造技術領域，涉及一種aq80m鎂合金大錠坯電磁半連續鑄造工藝。

背景技術：

鎂合金因其具有低的密度、高的比強度和比剛度、良好的阻尼性能和電磁屏蔽性能、以及優良的切削加工性能，而在航空航天、交通運輸及3c領域受到越來越多的關注和應用，並且鎂合金是目前最輕的可用金屬結構材料。特別是mg-al-zn系鎂合金因其較低的成本和良好的室溫力學性能已經在一些領域獲得了廣泛的應用，然而當其服役溫度超過120℃時，其力學性能大幅降低，因此限制了其使用範圍。為了改善其高溫力學性能，通過添加適量的ag和re元素開發了一種新的aq80m中強耐熱鎂合金。

大直徑的優質鎂合金鑄錠是獲得大尺寸結構件的首要前提，特別是對航空航天和國防領域的減重要求具有重要的應用價值。目前，鎂合金主要採用傳統半連續鑄造技術生產錠坯，然而通過該傳統工藝獲得表面無裂紋冷隔、組織均勻細小且無明顯宏觀偏析的大尺寸合金錠坯具有一定的難度。本發明針對這一系列問題，通過引入一低頻電磁場，對熔體的溫度場、濃度場等產生影響，由於電磁振動攪拌的作用，破碎凝固形核質點從而增加形核率，最終獲得符合要求的高質量aq80m鎂合金大錠坯，為後續的加工處理奠定良好的基礎。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種生產高品質的大直徑aq80m鎂合金錠坯的電磁半連續鑄造工藝，其原理是在結晶器中配置勵磁線圈組從而對結晶器中熔體施加電磁振動，以達到攪拌熔體、增加結晶形核點、抑制宏觀偏析等目的。

本發明中的aq80m鎂合金的質量百分比成分為：al7.5-9.0%、ag0.02-0.80%、zn0.35-0.55%、mn0.05-0.30%、re0.01-0.10%、ca0.001-0.020%、fe≤0.02%、si≤0.05%、cu≤0.02%、ni≤0.001%，其餘為mg。

本發明所提供的一種aq80m鎂合金大錠坯電磁半連續鑄造工藝，其特徵在於包括以下步驟：

1.在熔煉爐內依次投入高純鎂鋁鋅錠、mncl2顆粒、mg-re中間合金、mg-ca中間合金和高純銀，熔化溫度控制在650-800℃，每次投料時通入氬氣進行攪拌，並適量撒入覆蓋劑防止氧化保護熔體。

2.待投料全部熔化後對熔體液面進行扒渣，再向熔體底部通入氬氣進行攪拌精煉，精煉時間為5-20min；氬氣攪拌可以達到除氣除渣的作用，充分攪拌有利於溶質原子在熔體中均勻分布，減少鑄錠的宏觀偏析。

3.精煉結束後進行爐前取樣成分分析，若成分合格，則開始降溫靜置，降溫至670-690℃，保溫1-3h；若不合格，重新補料，再重複步驟b和c。

4.鑄造過程：利用虹吸法將爐內熔體壓入電磁結晶器中的分流盤內，並流入結晶器內套和下方拉錠頭構成的空間內，同時打開結晶器上端面的保護氣環為熔體液面提供sf6+co2混合氣體保護；待拉錠頭上方熔體凝固結晶且液面距離結晶器上端面垂直高度為40-80mm時，啟動結晶器內電磁線圈同時開動鑄造機進行垂直拉錠，穩定澆鑄時爐內溫度為670-690℃，分流盤內熔體溫度為645-665℃，拉錠速度為15-50mm/min，結晶器施加的電磁頻率為10-20hz，低頻電流為100-120ma；直流電壓90-100v，直流電流25-30a。

作為優選，本發明所述的電磁半連續鑄造採用的覆蓋劑為2#熔劑。

作為優選，本發明所述的電磁半連續鑄造穩定拉錠速度為：鑄錠直徑φ300-400mm的拉錠速度為34-38mm/min；鑄錠直徑φ400-500mm的拉錠速度為28-34mm/min；鑄錠直徑φ500-650mm的拉錠速度為20-28mm/min。

進一步優選，本發明所述的電磁半連續鑄造採用的冷卻水流量為：鑄錠直徑φ300-400mm，冷卻水流量25-30m3/h；鑄錠直徑φ400-500mm，冷卻水流量30-36m3/h；錠直徑φ500-650mm，冷卻水流量36-42m3/h。

電磁頻率、低頻電流、直流電壓和直流電流的範圍調控和合理搭配是本發明的關鍵所在。若它們低於本發明的設定值，則攪拌強度不夠，不利於降低熔體的溫度梯度，未發揮電磁攪拌的理想效果。反之，則攪拌強度過大，可能使熔體液面波動劇烈而導致液面氧化保護層破裂；更嚴重的會將表面氧化物攪入熔體中，從而殘留在鑄錠中成為雜質或缺陷。

本發明中針對的aq80m鎂合金，因其在熔煉過程中添加了適量的單質銀，可以達到提高熔體流動性、降低合金熔點的效果。因此，電磁攪拌的引入有助於結晶器內熔體的對流、合金元素的均勻分布及形核率的提高，從而獲得表面光潔、成分穩定均勻、微觀組織均勻細小的aq80m鎂合金大錠坯。

附圖說明

圖1為本發明的電磁半連續鑄造工藝製備的直徑φ450mm的aq80m鎂合金錠坯圖。

圖2為本發明電磁半連續鑄造和傳統立式半連續鑄造工藝製備的直徑φ450mm的aq80m鎂合金錠坯的組織對比圖。

圖3為本發明的電磁半連續鑄造工藝製備的直徑φ615mm的aq80m鎂合金錠坯圖。

具體實施方式

實施例1

以aq80m(mg-8.2al-0.2ag-0.4zn-0.2mn-0.1re-0.02ca)鎂合金φ450mm錠坯電磁半連續鑄造為例對本發明進行詳細闡述。

a.在熔煉爐內依次投入高純鎂鋁鋅錠、mncl2顆粒、mg-re中間合金、mg-ca中間合金和高純銀，熔化溫度控制在660-790℃，化料過程中通入氬氣攪拌同時撒入2#熔劑防止氧化保護熔體；

b.待投料全部熔化後對熔體液面進行扒渣，再通入氬氣進行攪拌精煉，精煉時間為10min；

c.降溫靜置，熔體溫度降至690℃，再保溫1h；

d.鑄造過程：將熔體壓入分流盤內，並流入結晶器內套和下方拉錠頭構成的空間內，同時打開結晶器上端面的保護氣環。待拉錠頭上方熔體凝固結晶且液面距離結晶器上端面垂直高度50mm時，啟動結晶器內電磁線圈同時開動鑄造機進行垂直拉錠。穩定拉錠速度為32mm/min，爐內溫度控制682-688℃，分流盤內熔體溫度為648-653℃，結晶器施加的電磁頻率為20hz，低頻電流為120ma；直流電壓93v，直流電流28a；冷卻水流量34m3/h。

圖1為本發明電磁半連續鑄造工藝製備的直徑φ450mm的aq80m鎂合金錠坯宏觀圖，錠坯表面光潔、無裂紋冷隔。圖2(a)-(c)為本發明電磁半連續鑄造工藝製備的直徑φ450mm的aq80m鎂合金錠坯從邊部到心部的組織演變，圖2(d)-(f)為傳統立式半連續鑄造工藝製備的直徑φ450mm的aq80m鎂合金錠坯從邊部到心部的組織演變，可知通過電磁攪拌作用可以獲得更加均勻細小的合金組織。

實施例2

以aq80m(mg-8.0al-0.3ag-0.4zn-0.2mn-0.1re-0.02ca)鎂合金φ340mm錠坯電磁半連續鑄造為例對本發明進行詳細闡述。

a.在熔煉爐內依次投入高純鎂鋁鋅錠、mncl2顆粒、mg-re中間合金、mg-ca中間合金和高純銀，熔化溫度控制在665-790℃，化料過程中通入氬氣攪拌同時撒入2#熔劑防止氧化保護熔體；

b.待投料全部熔化後對熔體液面進行扒渣，再通入氬氣進行攪拌精煉，精煉時間為10min；

c.降溫靜置，熔體溫度降至685℃，再保溫1h；

d.鑄造過程：將熔體壓入分流盤內，並流入結晶器內套和下方拉錠頭構成的空間內，同時打開結晶器上端面的保護氣環。待拉錠頭上方熔體凝固結晶且液面距離結晶器上端面垂直高度65mm時，啟動結晶器內電磁線圈同時開動鑄造機進行垂直拉錠。穩定拉錠速度為36mm/min，爐內溫度控制680-685℃，分流盤內熔體溫度為646-650℃，結晶器施加的電磁頻率為15hz，低頻電流為110ma；直流電壓100v，直流電流30a；冷卻水流量26m3/h。

實施例3

以aq80m(mg-7.9al-0.2ag-0.4zn-0.1mn-0.08re-0.02ca)鎂合金φ615mm錠坯電磁半連續鑄造為例對本發明進行詳細闡述。

a.在熔煉爐內依次投入高純鎂鋁鋅錠、mncl2顆粒、mg-re中間合金、mg-ca中間合金和高純銀，熔化溫度控制在670-792℃，化料過程中通入氬氣攪拌同時撒入2#熔劑防止氧化保護熔體；

b.待投料全部熔化後對熔體液面進行扒渣，再通入氬氣進行攪拌精煉，精煉時間為12min；

c.降溫靜置，熔體溫度降至690℃，再保溫1.5h；

d.鑄造過程：將熔體壓入分流盤內，並流入結晶器內套和下方拉錠頭構成的空間內，同時打開結晶器上端面的保護氣環。待拉錠頭上方熔體凝固結晶且液面距離結晶器上端面垂直高度42mm時，啟動結晶器內電磁線圈同時開動鑄造機進行垂直拉錠。穩定拉錠速度為21mm/min，爐內溫度控制685-690℃，分流盤內熔體溫度為658-662℃，結晶器施加的電磁頻率為20hz，低頻電流為120ma；直流電壓95v，直流電流28a；冷卻水流量40m3/h。

圖3為本發明立式電磁半連續鑄造工藝製備的直徑φ615mm的aq80m鎂合金錠坯宏觀圖。