含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法技术

本发明专利技术涉及铸造镁合金熔炼技术领域，尤其是涉及一种含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法。含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法，包括如下步骤：所述锆元素由镁

【技术实现步骤摘要】
含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法


[0001]本专利技术涉及铸造镁合金熔炼
，尤其是涉及一种含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法。

技术介绍

[0002]镁合金具有密度低、高比强度、比刚度等优点，在航天航空以及海洋船舶领域的轻量化工程有广泛的应用前景。目前国内常用的铸造镁合金常温下抗拉强度可达到230MPa，相比于铝合金能达到的300MPa还有一定的差距，此外镁合金的耐蚀性较差，无法在苛刻的环境下使用。
[0003]目前，在镁合金中添加Nd、Gd、Zn等作为强化元素起固溶强化的作用，添加Zr元素在镁合金中具有细化晶粒的作用，使得到的Mg
‑
Nd
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金的常温抗拉强度、屈服强度和延伸率得到一定提高。
[0004]在含锆稀土镁合金中，Zr元素通常都作为晶粒细化剂存在，能够有效细化晶粒，同时还可减小热裂倾向，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性。此外Zr元素还可以净化镁合金熔体提高其耐蚀性能。但在含锆稀土镁合金的实际熔炼过程中，Zr的添加比较困难且工艺较为复杂，这是因为Zr的熔点(1850℃)高、密度(6.5g/cm3)大，而镁的熔点为651℃，密度为1.74g/cm3，熔炼过程中添加的Zr的中间合金为固态或熔体温度较低时Zr难以溶解、易于沉淀或发生比重偏析；而熔体温度升高又会给熔体保护等带来困难；此外Zr在镁合金中的溶解度小且化学性质活泼，容易与大气或炉气中的氧气、氮气等发生反应，形成氧化物等沉淀于熔炼炉底部。上述原因导致在含锆稀土镁合金实际熔炼过程中必须要添加6～7倍于理论用量的镁
‑
锆中间合金才能达到目标的锆含量要求，造成了中间合金的浪费，此外还导致了Zr含量的不稳定性、细化晶粒效果差及比重偏析大等问题，进而影响合金铸件的性能。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法，以解决现有技术中存在的含锆中间合金过度消耗、Zr元素含量不稳定等技术问题。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法，包括如下步骤：
[0009]所述锆元素由镁
‑
锆中间合金提供；其中，在精炼前向780～810℃的熔液中加入部分镁
‑
锆中间合金，全部熔化后捞底搅拌，然后进行精炼；在精炼静置25～30min后，在780
±
10℃的熔液中加入余量镁
‑
锆中间合金，全部熔化后，搅拌得到合金液。
[0010]本专利技术的锆元素的加入方法，能够显著减少镁
‑
锆合金的添加量，且具有更好的晶粒细化效果，得到的合金中的Zr元素含量更稳定，减轻了比重偏析倾向，使得到的合金铸件性能得到显著提高。
[0011]在本专利技术的具体实施方式中，所述精炼前加入的所述部分镁
‑
锆中间合金的量为
所述镁
‑
锆中间合金总量的65％～85％，优选为70％～80％。
[0012]在本专利技术的具体实施方式中，所述捞底搅拌的时间为10～15min。
[0013]在本专利技术的具体实施方式中，在向所述熔液中加入所述镁
‑
锆中间合金前，将所述镁
‑
锆中间合金预热至300～400℃。
[0014]在本专利技术的具体实施方式中，所述镁
‑
锆中间合金包括镁
‑
30锆(Mg
‑
30％Zr)和/或镁
‑
40锆(Mg
‑
40％Zr)。
[0015]在本专利技术的具体实施方式中，所述镁
‑
锆中间合金的用量，以锆计，为按所述含锆稀土铸造镁合金的化学计量比所需的锆含量的3～4倍。
[0016]在本专利技术的具体实施方式中，所述精炼前，所述熔液的熔炼包括：将除镁
‑
锆中间合金外的炉料于熔化炉中熔炼得到熔液。在实际操作中，所述炉料预热至200℃以上再进行熔炼。
[0017]在本专利技术的具体实施方式中，所述含锆稀土铸造镁合金为Mg
‑
Nd
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金。进一步的，所述Mg
‑
Nd
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金，包括按质量百分比计的如下组分：
[0018]Nd 2.6％～3.1％、Gd 2.0％～2.5％、Zn 0.2％～0.5％、Zr 0.4％～1％和余量Mg及不可避免杂质。
[0019]在本专利技术的具体实施方式中，所述精炼前，所述熔液的熔炼包括：
[0020](a)在预热的熔化炉侧壁和底部覆盖熔剂，加入预热纯镁锭，覆盖熔剂，升温熔化；升温至730
±
10℃时，向已经熔化的纯镁锭中加入镁
‑
钆中间合金，待熔化后，搅拌1～2min；
[0021](b)升温至750～760℃，加入锌粒，继续升温至780～810℃后，加入镁
‑
钕中间合金。
[0022]在实际操作中，在步骤(b)中，加入镁
‑
钕中间合金后，再加入所述部分镁
‑
锆中间合金。
[0023]在实际操作中，所述熔剂预先经200
±
20℃条件烘干处理1～2h。
[0024]在本专利技术的具体实施方式中，在所述捞底搅拌后，在790
±
10℃下进行精炼。进一步的，所述精炼中，将精炼勺或机械搅拌器沉入合金液2/3深处，由上至下垂直搅拌合金液，直至合金液液面呈银白色镜面光泽为止，停止搅拌，静置25～30min。进一步的，所述搅拌的时间为10～15min。在实际操作中，在搅拌过程中，向合金液液面均匀而不断撒精炼熔剂。
[0025]本专利技术的精炼条件，在780～810℃熔液中加入镁
‑
锆中间合金，待全部熔化后，在790
±
10℃进行精炼。高温下的熔体保护通过撒硫磺和通SF6保护气体保护。
[0026]在本专利技术的具体实施方式中，待所述合金液降温至浇铸温度时，进行浇铸。进一步的，在所述浇铸的过程中，采用SF6和硫磺进行保护。
[0027]在本专利技术的具体实施方式中，所述浇铸得到的合金的晶粒尺寸为30～40μm。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029]本专利技术通过采用特定的锆元素的加入方法配合精炼条件的改变，能够显著减少镁
‑
锆合金的添加量，且具有更好的晶粒细化效果，得到的合金中的Zr元素含量更稳定，减轻了比重偏析倾向，使得到的合金铸件性能得到显著提高。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含锆稀土铸造镁合金熔炼中锆元素的加入方法，其特征在于，包括如下步骤：所述锆元素由镁
‑
锆中间合金提供；其中，在精炼前向780～810℃的熔液中加入部分镁
‑
锆中间合金，全部熔化后捞底搅拌，然后进行精炼；在精炼静置25～30min后，在780
±
10℃的熔液中加入余量镁
‑
锆中间合金，全部熔化后，搅拌得到合金液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼前加入的所述部分镁
‑
锆中间合金的量为所述镁
‑
锆中间合金总量的65％～85％；优选的，所述精炼前加入的所述部分镁
‑
锆中间合金的量为所述镁
‑
锆中间合金总量的70％～80％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼的温度为790
±
10℃；优选的，所述精炼中，将精炼勺或机械搅拌器沉入合金液深处，由上至下垂直搅拌合金液，直至合金液液面呈银白色镜面光泽为止，停止搅拌，静置25～30min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述捞底搅拌的时间为10～15min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向所述熔液中加入所述镁
‑
锆中间合金前，将所述镁
‑
锆中间合金预热至300～400℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁
‑
锆中间合金包括Mg
‑
30％Zr和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵冲，莫雪妍，吴海龙，杨武强，朱小平，王凯，朱春雷，郑宗文，
申请(专利权)人：河北钢研德凯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：