一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法技术

本发明专利技术涉及铸造领域，具体涉及一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法。本发明专利技术通过两种合金熔体混合得到近液相的镁铝合金浇铸用熔体，受控扩散凝固方法铸造的镁铝合金相对于传统铸造而言，由于其强制对流能够形成细小的非枝晶，细化晶粒，有利于消除热裂与偏析，具有较好的补缩，甚至可以消除冒口，实现近净凝固成形。本发明专利技术可以降低树脂砂型铸造起燃几率，同时相比与传统半固态技术流动性好、成本低，可以成形薄壁复杂件，在航空航天与汽车领域前景广泛。领域前景广泛。领域前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法


[0001]本专利技术涉及铸造领域，具体涉及一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法。

技术介绍

[0002]随着航空轻量化要求不断提高，越来越多的镁合金铸件需要通过树脂砂型差压铸造成形才能满足质量要求，但是镁合金树脂砂型差压铸造过程常发生燃烧事故，这主要由于砂型粘结剂热解形成氧化气氛与熔体反应，导致熔体燃烧，镁合金燃点一般在固相线以上，半固态成型可以大大降低起燃风险，传统的半固态成形虽然通过压力充型可以降低浇注温度，但是其流动性差，无法成型薄壁复杂件。受控扩散凝固是一种新型的半固态成形技术，相比与传统半固态，它的流动性好，能够在常压下通过倾转、重力浇注。相对与传统铸造技术来言，它可以细化晶粒，得到细小的非枝晶组织降低热裂和偏析倾向，提高铸件的力学性能。
[0003] Mg
‑
Al
‑
Zn系铸造镁合金，因其成本低和铸造性好，成为工业中用的最多的商用镁合金。但伴随着Al和Zn的添加，由于呈网状分布硬而脆的Mg
17
Al
12
类的金属化合物的存在，强度虽会有所提高，合金的韧性和延展性会大幅度下降，国内外主要是通过改变合金成分来实现晶粒细化得到强韧化的镁合金。本专利技术在不改变合金本身成分的条件下，通过两种不同温度、成分和质量母液之间的混合，得到细小且成分均匀的非枝晶组织。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对镁铝合金在树脂砂型铸造过程中的燃烧与强韧化问题， 提供了一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散方法。
[0005]本专利技术的目的在于提供一种上述镁铝合金非枝晶凝固组织的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的镁铝合金所采用的技术方案包括以下步骤：步骤一：用砂纸与酒精清理熔炼用纯镁、纯铝与镁锌中间合金的表面氧化与油污，采用99.95 %的工业纯镁、99.95 %的工业纯铝和镁锌中间合金(Mg
‑
30Zn)作为原料，制备低温低质量合金熔体和高温高质量合金熔体，并控制两种合金熔体的成分、温度，按照一定比例、混合速率和流动速度将两种合金熔体进行混合，进而获得目标成分合金的均匀非枝晶凝固组织。高温高质量合金为工业纯镁，低温低质量合金是采用工业纯镁、工业纯铝和镁锌中间合金(Mg
‑
30Zn)熔炼的高铝成分的镁铝合金，低温低质量合金由以下质量百分比的组分组成为：20~50 %Al，1~5 %Zn，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0007]步骤二：将高温高质量合金和低温低质量合金熔炼用的坩埚分别命名为坩埚1和坩埚2，对两个坩埚预热呈现为暗红色时，向坩埚分别加入高温高质量合金和低温低质量合金，两种合金的质量比为1.5~5.5。
[0008]步骤三：加热到400~500 ℃后向两个坩埚通入保护气，采用SF6和CO2混气作为保护气；坩埚1在保护气氛下继续加热，升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，控温降至高温高
质量合金熔体混合温度进行保温，得到高温高质量合金熔体，高温高质量合金混合温度为655~670℃。
[0009]步骤四：采用CO2与SF6混气作为保护气，在保护气氛下将纯Mg加热至720℃，向纯Mg金属溶液中加入镁锌中间合金(Mg
‑
30Zn)与纯Al，待后加入金属完全熔化后，在680~700℃搅拌并保温10min, 升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，制备Mg
‑
Al
‑
Zn金属熔体,降温到低温低质量合金熔体混合温度，得到低温低质量合金熔体,低温低质量合金熔体混合温度为：440~520℃。
[0010]步骤五：将高温高质量合金熔体以1.2~1.7 m/s的浇注速度、20~200 g/s的混合速率浇注到低温低质量合金熔体中，得到目标成分的镁铝合金熔体，最后倒入事先预热好的模具里，形成铸件。
[0011]上述步骤中采用的纯镁、纯铝含量为质量百分比，精炼剂采用RJ
‑
5熔剂，RJ
‑
5熔剂质量是坩埚中合金质量的1 %~1.5 %，所述SF6与CO2输出流量分别为80mL/min和0.8L/min。
有益效果
[0012](1)本专利技术通过两种合金熔体混合得到近液相的镁铝合金浇铸用熔体，可以降低树脂砂型铸造起燃几率，同时相比与传统半固态技术流动性好、成本低，可以成形薄壁复杂件，在航空航天与汽车领域前景广泛。
[0013](2)受控扩散凝固方法铸造的镁铝合金相对于传统铸造而言，由于其强制对流能够形成细小的非枝晶，细化晶粒(如图2、3)，有利于消除热裂与偏析，具有较好的补缩，甚至可以消除冒口，实现近净凝固成形。
附图说明
[0014]图1为采用传统铸造方法近液相线浇注与受控扩散方法实施例1的金相对比图，(a)传统铸造（近液相线浇铸），(b)实施例1。很明显地看出本专利技术能够形成圆整且均匀的非枝晶组织。
[0015]图2为采用传统铸造方法近液相线浇注与受控扩散方法实施例2的金相对比图，(a)传统铸造（近液相线浇铸），(b)实施例2。很明显地看出本专利技术能够形成圆整且均匀的非枝晶组织。
[0016]图3为本专利技术实施方法的原理图（
①
坩埚电阻炉、
②
坩埚1、
③
坩埚2、
④
塞子、
⑤
高温高质量合金、
⑥
低温低质量合金、
⑦
目标合金、
⑧
模具）。
实施方式
[0017]本专利技术是通过受控扩散凝固方法铸造的镁铝合金，是由两种不同质量、成分和温度的合金混合得到，可以通过控制高温高质量合金熔体和低温低质量合金熔体在混合时的温度、比例、混合速率与液流速度来实现最佳的成分和组织均匀性，获得非枝晶凝固组织，具体的工艺参数范围见权利要求书。
[0018]本专利技术通过混合得到的目标镁铝合金，由以下质量百分比的组分组成： 8.5~9.5% Al，0.5~1% Zn，余量为Mg和不可避免的杂质。通过设计多种成分、质量比不同的合金混合得到镁铝合金，下面结合不同成分的母合金方案对本专利技术的技术方案作进一步说明。
实施例
[0019]所述一种镁铝合金非枝晶组织受控扩散制备技术，具体为：本实施方案高温高质量合金熔体与低温低质量熔体的混合质量比为2.5：1，两种合金熔体成分如下：高温高质量合金：99.95 % Mg，余量为不可避免的杂质。
[0020]低温低质量合金：31.5~32 % Al，2.5~3 %Zn，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0021]按本方案实施得到的目标合金，由以下质量百分比的组分组成： 8.5~9.5% Al，0.5~1% Zn，余量为Mg和不可避免的杂质。采用99.95 %的工业纯镁、99.95 %的工业纯铝和镁锌中间合金(Mg
‑
30Zn)作为原料，高温高质量合金为纯Mg，低温低质量合金是采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：清理熔炼用纯镁、纯铝与中间合金的表面氧化与油污，采用工业纯镁、工业纯铝和镁锌中间合金作为原料，制备低温低质量合金熔体和高温高质量合金熔体，并控制两种合金熔体的成分、温度，按照一定比例、混合速率和流动速度将两种合金熔体进行混合，进而获得目标成分合金的均匀非枝晶凝固组织；高温高质量合金为工业纯镁，低温低质量合金是采用工业纯镁、工业纯铝和镁锌中间合金熔炼的高铝成分的镁铝合金；步骤二：将高温高质量合金和低温低质量合金熔炼用的坩埚分别命名为坩埚1和坩埚2，对两个坩埚预热呈现为暗红色时，向坩埚分别加入高温高质量合金和低温低质量合金；步骤三：加热到400~500 ℃后向两个坩埚通入保护气；坩埚1在保护气氛下继续加热，升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，控温降至高温高质量合金熔体混合温度进行保温，得到高温高质量合金熔体，高温高质量合金混合温度为655~670℃；步骤四：在保护气氛下将纯Mg加热至720℃，向纯Mg金属溶液中加入镁锌中间合金与纯Al，待后加入金属完全熔化后，在680~700℃搅拌并保温，升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，制备Mg
‑
Al
‑
Zn金属熔体，降温到低温低质量合金熔体混合温度，得到低温低质量合金熔体，低温低质量合金熔体混合温度为：440~520℃；步骤五：将高温高质量合金熔体浇注到低温低质量合金熔体中，得到目标成分的镁铝合金熔体，最后倒入事先预热好的模具里，形成铸件。2.如权利要求1所述的一种制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵信毅，顾焘，王泽宇，王丹，朱强，雷玉成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：