镁合金低压铸造方法技术

镁合金低压铸造方法，是在镁合金低压铸造过程中，在镁合金熔炼时，在低压铸造机压力罐中的坩埚盖上和坩埚内放置保护性气体生成物质，保护气体生成物质，包括保护剂１、保护剂２和保护剂３；保护剂１由硫磺粉和硼酸粉配制成，或由硫磺粉、硼酸和镁砂混合配制成；保护剂２由硫磺粉或黄铁矿粉与炭粉组合构成，保护剂３为硫磺粉或黄铁矿粉，或者是硫磺粉、黄铁矿粉与硼酸的混合物；盛装有保护剂１的容器侧壁上有出气口，设置在坩埚内，保护剂１和２装在敞口容器内，放置在坩埚盖上。本发明专利技术能确保镁合金低压铸造安全运行，提高镁合金铸件质量，降低生产成本，减少对环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铸造技术，特别是涉及一种镁合金低压铸造技术。
技术介绍
当今世界对环保和节能的要求越来越高。镁合金作为最轻，比强度最高又容易回收的工程结构材料，近年来在汽车、电子、电工、体育、体闲用品和日用消费品等轻工产品中得到越来越广的应用。汽车自重减少10％，燃油消耗减少6-8％，减轻质量就意味着减少燃料消耗并减少排放污染物。汽车轻量化已经成为国内外汽车工业主要发展趋势。镁合金作为比强度最高的工程材料，已成为世界最令人瞩目的绿色环保工程材料。世界各大汽车公司都把用镁合金制造零件作为重要发展方向。各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少来作为自身车辆领先的标志。在航空、航天和军工领域镁合金也倍受关注。因为汽车每减重一磅，可节省3美元。而民用飞机、战斗机和航天器每减重一磅，节省的费用分别是300，3000和30000美元。飞行器采用镁合金获得的经济效益是汽车的几个数量级。上世纪中期，因腐蚀问题，镁合金在航空工业中的应用曾一度有所减少，后来由于镁合金工艺技术的发展，高纯镁合金的出现，以及镁合金表面处理技术的进步，镁合金在航空、航天和军工中的应用又开始增加。美国等军事大国投入大量的人力、物力，开发军用镁合金新材料、新技术，以满足飞行器用镁合金构件的要求。例如WE43和WE54两个牌号镁合金，不但具有良好的高温性能，且耐蚀性优异，主要用于军事工业和航空业。镁合金技术进步促进了应用的发展。例如FalconGAR-1空对空导弹使用镁合金构件量达到90％以上，Bael46型飞机采用的镁合金件数量超过200件。镁合金铸造业已成为世界制造业中发展最快的新兴产业。镁合金铸件的生产以低压铸造方法为优选方法。由于低压铸造充型过程是自下而上进行的，液面上升平稳，可以有效减少镁的氧化，气体含量大大减少，铸件的氧化夹杂和气孔率非常的低。对于形状复杂的耐压铸件一般采用低压铸造工艺。德国开发的金属型低压铸造技术生产的镁合金轮毂已大批投放市场。同重力铸造铸件比，低压铸造镁合金件不但尺寸精度高，所需要的后续加工少，能铸更薄，更复杂的件，而且铸件力学性能，特别是抗疲劳性能，显著优于重力铸造铸件。镁合金低压铸造工艺设备的开发是在铝合金低压铸造工艺设备的基础上进行的。镁合金与铝合金铸造工艺的最大不同是镁液极易氧化、燃烧，其低压铸造设备的设计必须考虑防燃保护问题。目前已采用的主要有1、SF6混合气体气压充型，坩埚加压法。(U.S.Patent Feb.23，1988 Sheet 2of 4 4,726,414)该方法采用SF6混合气体代替压缩空气，给坩埚内金属液施加压力，充添铸型，坩埚要加密封盖。在常规的气压充型铝合金低压铸造中，压缩空气的压力施加于炉膛内，坩埚内外承受同样压力。由于SF6气体对电阻炉炉膛内的镍铬耐热合金炉丝有较强的腐蚀作用，并且与炉膛中的硅系耐火材料发生反应，SF6混合气体不能直接加到炉膛中。此方法设备结构比较简单，控制系统和操作方式与铝合金低压铸造基本相同。缺点使坩埚在高温下承压，需要加厚，使用寿命低(见图1)。2、SF6混合气体气压充型，坩埚与炉膛间加隔离(U.S.Patent Feb.23，1988Sheet 2 of 4 4,726,414)该方法是在坩埚与炉膛间加钢制隔离层，在隔离层内外同时加压，内侧加SF6混合气体，外侧加压缩空气。这样可避免镁液坩埚内外产生压差。此法在加压到卸压过程中要控制SF6混合气体和压缩空气同步和等压，控制系统复杂(见图2)。3、SF6混合气体气压充型，炉膛加压，加热元件装保护管此法可避免镁液坩埚内外产生压差，同时炉膛中要避免使用硅系耐火材料。4、惰性气体气压泵充型用气压泵充型可避免镁液坩埚承压，但坩埚内镁合金液面的防燃保护问题要有适当解决方案。如用SF6混合气体保护，要解决SF6气体对电阻炉炉膛内的镍铬耐热合金炉丝有较强的腐蚀作用，并且与炉膛中的硅系耐火材料发生反应的问题；用氮气或氩气保护效果不好。气压泵充型的每次充型的镁液量受气压泵容量限制，只适用于小件。5、电磁泵充型电磁泵充型是镁合金低压铸工艺的最新发展动向。根据铝合金电磁泵充型经验，充型比气压充型更平稳，更有利于减少氧化夹杂。美国的电磁泵制造商CMI Novacast有限公司正在进行镁合金低压铸造用电磁泵开发，用于实际生产尚待时日。我国开发的电磁泵充型镁合金低压铸造技术正在试验之中。电磁泵充型要求供应镁液的保温炉内镁液面保持一定液位高度，因而只适用于小件。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为每炉浇注一件的大型镁合金铸件低压铸造提供一种防燃保护效果好，可提高镁合金铸造质量，减少对环境污染，且生产成本低的。采用的技术方案是，是在镁合金低压铸造过程中，在镁合金熔炼时，在低压铸造机压力罐中的坩埚盖上放置保护气体生成物质。保护气体生成物包括保护剂1、保护剂2和保护剂3。保护剂1由硫磺粉和硼酸粉或硫磺粉、硼酸和镁砂混合配制成。保护剂2由硫磺粉或黄铁矿粉与炭粉组合构成，也可以是硫磺粉、黄铁矿粉、碳粉三者的组合物，炭粉为木炭粉或焦炭粉。保护剂3为硫磺粉或黄铁矿粉，或者是硫磺粉、黄铁矿粉与硼酸的混合物。保护气体生成物质的放置方法是A、保护剂1放置在保护剂1容器内，保护剂1容器设置在坩埚内，其上端与坩埚盖固定连接，其下端位于镁合金液面上方。保护剂1容器的侧壁上开设有出气口，以便与镁合金液面上方气氛相通。保护剂1容器的容器壁具有良好的隔热作用，容器内盛装的保护剂1的温度在盖上并锁紧低压铸造机的密封盖之前低于硫磺的沸腾温度。B、保护剂2装在敞口容器内，使保护剂2与炉内气氛充分接触，盛装有保护剂2的敞口容器可设置坩埚盖上任意可放位置。C、保护剂3装在敞口容器内，该容器壁具有隔热作用。盛装有保护剂3的容器设置在坩埚盖上，在低压铸造加压充型开始之前，该容器内盛装的保护剂的温度低于400-450℃，在低压铸造加压充型开始时，该容器内的保护剂3温度达到或超过400-450℃。本专利技术方法的原理是使保护剂中的活性成分与炉气中的氧发生反应，使炉气呈非氧化性；并且使炉气中含量体积分数不少于1％的二氧化硫。二氧化硫会与镁熔体发生下列反应反应结果在镁合金液表面生成很薄而且比较致密的带有金属色泽的MgS·MgO复合表面膜，可以抑制镁液的进一步氧化。保护气体生成物质的用量保护剂1中的硼酸的作用是降低硫磺粉氧化反应的激烈程度，同时能维持在盖上低压铸造机密封盖之前能不断氧化燃烧。硫磺粉的用量应当使其在盖上低压铸造机的密封盖之前不会燃烧耗尽。硼酸粉的混入量在满足上述氧化速度要求的条件下任意的，通常采用硫磺比硼酸1∶0.28-4。当采用硫磺粉、硼酸和镁砂三者混合时，镁砂的作用是隔热和吸热，减缓硫磺的燃烧速度，镁砂的加入量按堆积体积计算，是硫磺和硼酸混合物体积的0.5-2倍。保护剂1的用量主要掌握其中硫磺的用量。硫磺的用量与镁坩埚容量，镁液面到坩埚盖之间的空间大小，该空间的敞开程度，从保护剂1放置到盖上低压铸造机的密封盖10所需时间有关；镁坩埚容量越大，镁液面到坩埚盖之间的空间大小越大，该空间的敞开程度越大，从保护剂1放置到盖上低压铸造机的密封盖10所需时间越长，硫磺的用量越多。对于盛满的300公斤容量的镁坩埚，从保护剂1放置到盖上低压铸造机的密封盖10所需时间为2-5分钟的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
镁合金低压铸造方法，是在镁合金低压铸造过程中，在镁合金熔炼时，在低压铸造机压力罐中的坩埚盖上和坩埚内放置保护性气体生成物质，其特征在于所述的保护气体生成物质，包括保护剂（１）、保护剂（２）和保护剂（３）；保护剂（１）由硫磺粉和硼酸粉配制成，或由硫磺粉、硼酸和镁砂混合配制成；保护剂（２）由硫磺粉或黄铁矿粉与炭粉组合构成，也可以是硫磺粉、黄铁矿粉、碳粉的组合物；保护剂（３）为硫磺粉或黄铁矿粉，或者是硫磺粉、黄铁矿粉与硼酸的混合物；盛装有保护剂（１）的容器（５）设有上盖，且侧壁上有出气口，容器（５）设置在坩埚（１２）内，其上端与坩埚盖（１６）固定连接，其下端位于镁合金液面上方；保护剂（２）装在容器（１７）内，容器（１７）为敞口容器，容器（１７）放置在坩埚盖（１６）上；保护剂（３）装在敞口容器内，且放置在坩埚盖（１６）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马志毅，李立善，申泽骥，冯志军，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]