熔煉鎂合金用的原材料
2019-12-06 13:58 ?瀏覽:次
制備鎂合金零件的工藝可分四大類:鑄造冶金法,快速凝固/粉末冶金法,噴射沉積法,半固態(tài)成形法。除這4種方法,還有用各種壓力加工塑性成形工藝生產(chǎn)的鎂及鎂合金半成品(板、帶、管、棒、型材與鍛件)制造的零部件。但用半成品制造的零部件僅占總鎂合金件的15%左右,而在前4類零部件中,用鑄造冶金法生產(chǎn)的又占95%以上。因此,用鑄造冶金法生產(chǎn)鎂合金零件占總量的80%強(qiáng)。而在鑄造冶金法制造的鎂合金件中,用壓鑄法生產(chǎn)的竟占90%左右。
不管是制備壓力加工的鎂合金錠還是生產(chǎn)鎂合金零件,熔煉是一道極為關(guān)鍵的工序,因?yàn)樗鼘?duì)熔體品質(zhì)進(jìn)而對(duì)材料與鑄件的性能有著決定性的影響。不管是原材料品質(zhì),還是熔劑、熔煉工藝和設(shè)備、工具等的品質(zhì)都對(duì)熔體品質(zhì)有影響,同時(shí)與其他常用金屬相比,鎂的化學(xué)性能活潑得多,其熔體極易與氧、氮、水等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),發(fā)生燃燒與爆炸的機(jī)率也更大些,鎂及鎂合金的腐蝕性能對(duì)雜質(zhì)元素如鐵、鎳、銅等非常敏感。因此,在熔煉鎂合金時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程、熟記安全規(guī)程、精心操作。
原材料
配制鎂合金的金屬原料有鎂、錠、鋁錠、鋅錠與中間合金(鎂-錳、鎂-鋯、鎂-釹、鋁-鈹、鋁-鎂-鈹、鋁-鎂-錳)、混合稀土等,以及鈹氟酸鈉,回爐工藝廢料。它們的品質(zhì)、化學(xué)成分與級(jí)別應(yīng)符合各自的標(biāo)準(zhǔn)。各種鎂合金的回爐料與工藝廢料都可以作為同牌號(hào)合金爐料的組成部分,不過同時(shí)使用一級(jí)和二級(jí)回爐料時(shí),其用量之和不得大于爐料總質(zhì)量的80%,同時(shí)使用二級(jí)和三級(jí)回爐料時(shí),其用量不得超過爐料總質(zhì)量的40%。
待裝爐的各種爐料應(yīng)潔凈干燥,沒有油、氧化物、沙土和明顯的銹蝕,中國自上世紀(jì)50年代末生產(chǎn)鎂合金以來,發(fā)生多起爆炸事故,還有人員死亡,大都是爐料中混有水份引起的。生產(chǎn)不同牌號(hào)鑄件與鑄錠時(shí),應(yīng)特別注意,不得混料,特別是含鋯的鎂合金不得與含鋁的鎂合金料混淆。
熔劑
由于鎂及鎂合金在熔煉過程中易氧化與燒損嚴(yán)重,需用熔劑保護(hù),這種熔劑稱為覆蓋劑。熔融的覆蓋劑在表面張力作用下,在鎂熔體表面形成一層連續(xù)的有一定厚度的致密的覆蓋層,隔絕空氣和水氣,防止鎂的氧化,抑制鎂的燃燒。
鎂合金熔體中的氧化夾雜物、熔劑夾渣和氣體溶解度比鋁合金熔體的高得多。因此,為獲得高品質(zhì)的熔體,必須對(duì)其進(jìn)行精煉凈化,起凈化作用的物質(zhì)被稱為精煉劑。它對(duì)鎂熔體起精煉凈化作用,對(duì)夾雜物應(yīng)有良好的潤濕、吸附能力,并利用熔劑與鎂熔體的密度差,把金屬夾雜物隨同熔劑自熔體中排除。由此可見,熔劑應(yīng)具有如下的性質(zhì):熔點(diǎn)低于鎂及鎂合金的;有足夠高的流動(dòng)性和表面張力;有一定的粘滯性;潤濕坩堝和爐體;有精煉凈化能力;在700℃~800℃的密度比鎂合金的高;與鎂合金及爐壁不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí),還必須滿足以下要求:
能夠減少或防止鎂熔體表面氧化與燃燒;
易與鎂熔體分離,能有效地去除熔體中的氧化物、氮化物等;
不含對(duì)熔體有害的夾雜物與元素;
對(duì)環(huán)境友好,原料損耗低;
原料來源廣,價(jià)格合理,不會(huì)明顯提高產(chǎn)品的成品。
當(dāng)前應(yīng)用的鎂合金熔劑大都是堿土金屬氯化物和氟化物如MgCl2、KCl、BaCl2、CAF2、MgO、CaCl2的混合鹽。一般來說,以MgCl2為主要成分的熔劑用于Mg-Al-Zn、Mg-Mn和Mg-Zn-Zr系合金的熔煉,而對(duì)于含有Ca、La、Ce、Nd、Th等元素的合金,應(yīng)用不含MgCl2的專用熔劑。
在鎂合金熔煉過程中還使用硫磺、硼酸HBO3、氟化物(NH4BF4、NH4HF、NH4F)和烷基磺酸鈉RSONa以防止鎂熔體在澆鑄和充型時(shí)的氧化和燃燒。硫與鎂熔體接觸時(shí)形成SO2保護(hù)氣體,沸點(diǎn)為444.6℃,另外鎂可與硫生成MgS膜,減緩熔體氧化。硼酸受熱脫水生成B2O3,與Mg反應(yīng)生成致密的Mg3B2保護(hù)膜。氟化物與鎂接觸后分解出HF和NH3等保護(hù)氣體,不過這些氣體有毒,且有強(qiáng)腐蝕性,因此現(xiàn)在多RSONa,可與鎂反應(yīng)生成SO2和CO2,并能與鎂生成MgS致密保護(hù)膜。
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