專利名稱：電渣重熔制備鎂合金的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電渣重熔制備鎂合金的工藝方法，屬于鎂合金生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的最輕(密度最小)的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金的 比強(qiáng)度和比剛度高，切削加工性能和阻尼減震性能良好，因此是許多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)輕量化的理 想材料。近年來，在低碳經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)下，汽車產(chǎn)品的節(jié)能減排成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，鎂合金 也因此成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)品的重要材料之一。迄今為止，商業(yè)鎂合金的牌號(hào)已有數(shù)十種，涵蓋Mg-Al-Si (AZ), Mg-Al-Si (AS)、 Mg-Al-RE (AE)、Mg- Si系及Mg-RE系多個(gè)合金系，但是僅有少量的鎂合金牌號(hào)(如AZ91D (Mg-9Al-lZn-0. 3Mn)、AM60B (Mg-6A1_0. 3Mn)等)被汽車產(chǎn)品所應(yīng)用，而且主要用于一些承 載小的非關(guān)鍵零件，還不能用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件，這是由于鎂合金相比 其它結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度較低，尤其高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能較差，工作溫度不能超過120°C，因此 限制了這類合金在汽車、航空航天等工業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。一些稀土耐熱鎂合金由于鑄造 性能差和生產(chǎn)成本較高，也不適合規(guī)?；a(chǎn)。因此，開發(fā)具有良好綜合性能的低成本高強(qiáng) 耐熱鎂合金，仍是目前鎂合金研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。電渣重熔是利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。其主要 目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鑄錠。電渣重熔目前主要用于鋼種，經(jīng)電渣重 熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué) 成分均勻，電渣鋼鑄態(tài)組織機(jī)械性能可達(dá)到或超過同鋼種鍛件的指標(biāo)。目前鎂合金鑄錠的 生產(chǎn)方法主要是氣體保護(hù)感應(yīng)熔煉，但這種方法制備的鎂合金晶粒粗大、性能較差，通常需 要復(fù)雜的塑性變形及熱處理才可投入使用。因此期望可以研發(fā)出一種工藝穩(wěn)定簡單、成本 較低、材料制備技術(shù)優(yōu)良的制備工藝生產(chǎn)鎂合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電渣重熔制備鎂合金的工藝方法，由本發(fā) 明得到的鎂合金材料具有室溫及高溫抗拉強(qiáng)度高，塑性和抗蠕變性能優(yōu)良，晶粒細(xì)化，同時(shí) 使材料具有良好的加工性，材料的制備成本低的優(yōu)點(diǎn)。為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種電渣重熔制備鎂合金的工藝方法，其工藝步驟如下
(a)首先將待制備的鎂合金原料混合后在SF6+ CO2混合氣體保護(hù)下置于800°C 900°C坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒；
(b)將自耗電極棒裝入電渣爐進(jìn)行電渣熔煉，電渣爐工作電壓為25 40V，工作電流為 0. 8 5kA，引弧塊為純鋁塊，引弧渣料為CaF2，熔煉過程在SF6 + CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行， 熔煉過程中加入經(jīng)700°C 850°C下保溫6 8小時(shí)的電渣渣料，電渣渣料的加入量為自耗 電極棒質(zhì)量的3% 4%，所述的電渣渣料由Ca0、Al203、Mg0及CaF2組成，電渣渣料組份的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5% 15% CaO,5% 20% Al2O3^ 10% 30% MgO、余量為 CaF2 ；
(c)電渣熔煉后經(jīng)水冷結(jié)晶器快速凝固的鎂合金鑄錠在500°C 525°C退火處理3 5 小時(shí)后通過機(jī)加工即得到成品。有益效果
本發(fā)明提出了一種簡單易行的工藝路線，通過電渣重熔時(shí)電流流經(jīng)熔融渣料產(chǎn)生的電 阻熱作為熱源對(duì)鎂合金進(jìn)行熔煉，從而凈化合金。又經(jīng)水冷結(jié)晶器快速凝固和后續(xù)熱處理， 獲得均勻細(xì)小的鎂合金組織，如圖1所示，其晶粒大小只有20 50Mffl。通過這種方法獲得 的鎂合金材料，性能特點(diǎn)如下
室溫抗拉強(qiáng)度350MPa 450 MPa ； 斷后收縮率8% 15% ； 150°C 抗拉強(qiáng)度250 MPa 400 MPa ； 250 °C 抗拉強(qiáng)度200 MPa 300 MPa ；
200 0C /80 Mpa條件下最小蠕變速率1. 2X10—10 4. 2X IO"9 ；IOOh蠕變延伸率
0.027% 0. 247%ο綜上所述，本發(fā)明采用的電渣重熔工藝可以顯著細(xì)化鎂合金晶粒，其綜合性能指 標(biāo)明顯優(yōu)于氣體保護(hù)感應(yīng)熔煉制備的鎂合金材料，且該制備方法工藝簡單，成本相對(duì)較低， 可以大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為電渣重熔Mg-Y-Si合金的金相照片，從圖中可以看出，該鎂合金晶粒大小 在20 50Mm之間。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將純鎂、純鋁和純鋅按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)94%、5%、1%混合后在SF6 + CO2混合氣體保護(hù)下置于 850°C坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒；將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為12%Ca0、10%Al203、16% Mg0、62%CaF2 混合均勻，在800°C保溫6小時(shí)作為電渣渣料，并一直保持在烘箱中，直至電渣重熔前取 出，以保證干燥；將自耗電極棒裝入電渣爐進(jìn)行熔煉，電渣爐工作電壓為30V，工作電流為
1.5kV，引弧塊為純鋁塊，引弧渣料為CaF2,熔煉過程在SF6 + CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行，熔煉 過程中根據(jù)需要加入電渣渣料直至電渣過程完成；將電渣熔煉后的鎂合金鑄錠在500°C退 火處理3. 5個(gè)小時(shí)，其間可通入氬氣保護(hù)，熱處理后通過機(jī)加工即得到成品。實(shí)施例2
將純鎂、純釔和純鋅按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90. 5%、7%、2. 5%混合后在SF6 + CO2混合氣體保護(hù) 下置于880°C坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒；將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%Ca0、15%Al203、20% MgO、 55%CaF2混合均勻，在800°C保溫6小時(shí)作為電渣渣料，并一直保持在烘箱中，直至電渣處理 前取出，以保證干燥；將自耗電極棒裝入電渣爐進(jìn)行熔煉，電渣爐工作電壓為35V，工作電 流為2. OkV,引弧塊為純鋁塊，引弧渣料為CaF2，熔煉過程在SF6 + CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn) 行，熔煉過程中根據(jù)需要加入電渣渣料直至電渣過程完成；將電渣熔煉后的鎂合金鑄錠在 520°C退火處理5個(gè)小時(shí)，其間可通入氬氣保護(hù)，熱處理后通過機(jī)加工即得到成品。
權(quán)利要求
1. 一種電渣重熔制備鎂合金的工藝方法，其工藝步驟如下(a)首先將待制備的鎂合金原料混合后在SF6+ CO2混合氣體保護(hù)下置于800°C 900°C坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒；(b)將自耗電極棒裝入電渣爐進(jìn)行電渣熔煉，電渣爐工作電壓為25 40V，工作電流為 0. 8 5kA，引弧塊為純鋁塊，引弧渣料為CaF2，熔煉過程在SF6 + CO2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行， 熔煉過程中加入經(jīng)700°C 850°C下保溫6 8小時(shí)的電渣渣料，電渣渣料的加入量為自耗 電極棒質(zhì)量的3% 4%，所述的電渣渣料由Ca0、Al203、Mg0及CaF2組成，電渣渣料組份的質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)為5% 15% CaO,5% 20% Al2O3^ 10% 30% MgO、余量為 CaF2 ；(c)電渣熔煉后經(jīng)水冷結(jié)晶器快速凝固的鎂合金鑄錠在500°C 525°C退火處理3 5 小時(shí)后通過機(jī)加工即得到成品。
全文摘要
一種電渣重熔制備鎂合金的工藝方法，首先將待制備的鎂合金原料混合后在SF6＋CO2-氣體保護(hù)下置于800℃～900℃坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒，再裝入電渣爐進(jìn)行電渣熔煉，工作電壓為25～40V，工作電流為0.8～5kA，引弧塊為純鋁塊，引弧渣料為CaF2，保護(hù)氣體為SF6＋CO2-，熔煉過程中加入經(jīng)700℃～850℃下保溫6～8小時(shí)的電渣渣料，電渣渣料的加入量為自耗電極棒質(zhì)量的3%～4%，所述的電渣渣料組份的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%～15%CaO、5%～20%Al2O3、10%～30%MgO、余量為CaF2，電渣熔煉后經(jīng)水冷結(jié)晶器快速凝固的鎂合金鑄錠在500℃～525℃退火處理3～5小時(shí)后通過機(jī)加工即得到成品。
文檔編號(hào)C22B9/18GK102094125SQ20111007679
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者劉歡, 周健, 孫揚(yáng)善, 白晶, 薛烽 申請(qǐng)人:東南大學(xué)