鎂合金鑄造結(jié)晶器與電磁攪拌
2019-12-06 14:24 ?瀏覽：次
結(jié)晶器是鑄造變形鎂合金錠的模具，不僅決定了鑄錠的形狀和尺寸，而且直接影響著錠的品質(zhì)和裂紋敏感性。鎂合金圓錠結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)形式與鋁合金的相同，但高度高一些。結(jié)晶器的尺寸見(jiàn)表1及表2。
鑄造裂紋敏感性較大的大直徑錠時(shí)，宜采用較高的結(jié)晶器，且噴水角應(yīng)小些。不管是圓錠結(jié)晶器還是扁錠的，其內(nèi)表面粗糙度應(yīng)由于鎂合金扁錠尺寸較小，且鑄錠冷裂紋敏感性不大，因此沒(méi)有必要采用端頭小面帶缺口的結(jié)晶器。因?yàn)檫@種結(jié)晶器操作不便，尤其是見(jiàn)水有爆炸危險(xiǎn)性的鎂合金更不宜采用。扁錠結(jié)晶器直接置于水箱上。水箱上有兩排水孔，與鑄錠分別呈90°及45°角，水孔直徑4mm~6mm，孔間距10mm。
液穴鎂合金熔體的電磁攪拌
在鎂合金熔鑄過(guò)程中，若僅用晶粒細(xì)化處理，往往不能獲得滿(mǎn)意的細(xì)晶粒組織，若鑄造時(shí)對(duì)液穴中熔體進(jìn)行電磁攪拌則能獲得穩(wěn)定的細(xì)晶粒組織。熔體的黏滯運(yùn)動(dòng)可顯著細(xì)化凝固后的晶粒組織，因?yàn)殡姶艌?chǎng)造成的熔體運(yùn)動(dòng)可引起體積結(jié)晶，形成細(xì)晶組織，不過(guò)電磁攪拌也有一些負(fù)面作用，即有一些中間金屬化合物一次晶落進(jìn)凝固著的錠中，成為一次晶缺陷，同時(shí)還會(huì)粗化枝晶，即使晶內(nèi)結(jié)構(gòu)粗化。
一般工頻感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)使液穴中的熔體發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，由一臺(tái)電壓380V、頻率50Hz的降壓變壓器作為電源，攪拌功率的調(diào)控由變壓器二次分接頭承擔(dān)，接頭電壓最大24V，電流為幾十kA至幾千kA。
鑄造直徑≥500mm的圓錠將感應(yīng)器放在液穴上方，而鑄造小直徑錠則宜將它置于結(jié)晶器外圍。
鑄造MB1、MB8合金165mm×540mm扁錠時(shí)，感應(yīng)器功率為20kW~100W，過(guò)小熔體運(yùn)動(dòng)不明顯，≥100kW時(shí)熔體運(yùn)動(dòng)又過(guò)于激烈，甚至可破壞氧化膜，將其卷入錠內(nèi)。
電磁攪拌的作用可歸納為：
降低液穴內(nèi)熔體溫度與使溫度均勻，結(jié)晶范圍間窄的合金則降低的少，只可能低于液相線2℃~3℃。
細(xì)化晶粒尺寸。實(shí)踐證明，形核數(shù)與熔體運(yùn)動(dòng)速度成正比，因此熔體攪動(dòng)強(qiáng)度大晶粒越細(xì)，如電磁攪拌器的電流為0A時(shí)，晶粒平均尺寸為600mm2，電流強(qiáng)度90A時(shí)，晶粒平均尺寸為200mm2，而電流強(qiáng)度上升到150A，則晶粒細(xì)小到只有10mm2，再提高攪拌強(qiáng)度對(duì)晶粒尺寸就沒(méi)有影響了。
電磁攪拌明顯粗化枝晶和增加中間金屬化合物一次晶數(shù)。例如在鑄造MA8合金時(shí)（含1.8%Mn），沒(méi)有電磁攪拌時(shí)，試片上中間金屬化合物占的比例為0.02%，而攪拌電流為90A時(shí)，是間金屬化合物在試片上的比例達(dá)到0.2%，為沒(méi)有攪拌的10倍。
用功率為60kV·A的感應(yīng)器磁場(chǎng)攪拌可以完全消除MB8合金錠的柱狀晶，而MB3合金只需要40kA感應(yīng)器的磁場(chǎng)不但可以消除柱狀晶組織，而且晶粒細(xì)化到原有晶粒尺寸的1/100左右。
若將MB8合金的Mn含量控制在0.3%~0.55%，MB3合金的控制在0.4%~0.65%，則只要攪拌不管磁場(chǎng)大小都可以完全消除含Mn的一次晶化合物的聚焦。
由于電磁攪拌細(xì)化了晶粒，增大了結(jié)晶前沿壓力，改善了固液區(qū)的裂紋自行修復(fù)條件，可以鑄得熱裂紋少甚至沒(méi)有熱裂紋的錠。