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        [技术]镁合金熔炼之熔炼工艺特点

        2013-3-17 13:52:51 来源:网络 字体:  术语简释』『行情讨论』『走势图
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        旗开28 www.caitlynmorris.com     在熔炼镁合金过程中必须有效地防止金属的氧化或燃烧,可以通过在金属熔体表面撒熔剂或无熔剂工艺来实现。通常添加微量的金属被和钙来提高镁熔体的抗氧化性。熔剂熔炼和无熔剂熔炼是镁合金熔炼与浇注过程的两大类基本工艺。1970年之前,熔炼镁合金主要是采用熔剂熔炼工艺。熔剂能去除镁中杂质并且能在镁合金熔体表面形成一层?;ば员∧?,隔绝空气。然而熔剂膜隔绝空气的效果并不十分理想,熔炼过程中氧化燃烧造成的镁损失还是比较大。此外,熔剂熔炼工艺还存在一些问题,一方面容易产生熔剂夹杂,导致铸件力学性能和耐腐蚀性下降,限制了镁合金的应用;另一方面熔剂与镁合金液反应生成腐蚀性烟气,破坏熔炼设备,恶化工作环境。为了提高熔化过程的安全性和减少镁合金液的氧化,20世纪70年代初出现了无熔齐I1熔炼工艺,在熔炼炉中采用六氟化硫(SF)与氮气(N)或干燥空气的混合?;て?,从而避免液面和空气接触?;旌掀逯蠸F6的含量要慎重选择,如果SF6含量过高,会侵蚀坩埚降低其使用寿命;如果含量过低,则不能有效?;と厶?。总的来说,无论是熔剂熔炼还是无熔剂熔炼,只要操作得当,都能较好地生产出优质铸造镁合金。

            10.熔炼?;すひ?nbsp;   ①熔剂?;と哿豆ひ?。将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本要求。早期曾尝试采用气体?;は低?,但效果并不理想。后来,人们开发了熔剂?;と哿兜墓ひ?。镁合金用熔剂见表12-3。在熔炼过程中,必须避免坩埚中熔融炉料出现“搭桥”现象,将余下的炉料逐渐添加到坩埚内,保持合金熔体液面平稳上升,并将熔剂轻轻撒在熔体表面。

            每种镁合金都有各自的专用熔剂,必须严格遵守供应商规定的熔剂使用指南。在熔化过程中,必须防止炉料局部过热。采用熔体氯化工艺熔炼镁合金时,必须采取有效措施收集C12。在浇注前,要对熔体仔细撇渣,去氧化物,特别是影响抗腐蚀性的氯化物。

        浇注后,通常将硫粉撒在熔体表面以减轻其在凝固过程中的氧化。

            ②无熔剂?;すひ?。压铸技术中采用熔剂熔炼工艺会带来一些操作上的困难,特别是在热压室压铸中,这种困难更加严重。

        同时,熔剂夹杂是镁合金铸件最常见的缺陷,严重影响铸件的力学性能和耐腐蚀性,大大地阻碍了镁合金的广泛应用。20世纪70年代初,无熔剂熔炼工艺的开发成功是镁合金应用领域中的一个重要突破,对镁合金工业的发展有着革命性的意义。

            ①气体?;せ?。如上所述,纯净的N2 . Ar. Ne等惰性气体虽然能对镁及其合金熔体起到一定的阻燃和?;ぷ饔?,但效果并不理想。N2易与Mg反应,生成Mg尹2粉状化合物,结构疏松,不能阻止反应的进行。A:和Ne等惰性气体虽然与Mg不反应,但无法阻止镁的蒸发。

            大量试验研究表明,CO2' SO2' S凡等气体对镁及其合金熔体可以起到良好的?;ぷ饔?,其中以SF6的效果最佳。

            熔体在干燥纯净的CO:中氧化速度很低。高温下CO:与镁的化学反应方程式为    2MgO+CO2=2MgO⑤+C    反应产物为无定型碳,它可以填充与氧化膜的间隙处,提高熔体表面氧化膜的致密性,此外还能强烈地抑制镁离子透过表面膜的扩散运动,从而抑制镁的氧化。

            SO2与Mg的化学反应方程式为    3Mg的+S02=2MgO⑧+MgS国    反应产物在熔体表面形成一薄层较致密的MgS/MgO复合膜,可以抑制镁的氧化。20世纪70年代,SF6的?;ばЧ挥械玫饺峡汕?,人们广泛采用SO2气体来抑制镁合金的氧化与燃烧。

            S凡是一种人工制备的无毒气体,相对分子质量为164.1,密度是空气的4倍,发生化学反应可能产生有毒气体,在常温下极其稳定。含SF6的混合气体与镁可以发生一系列的复杂反应:    2Mg(L)+02=2MgO(S)    2Mg(L)+02+SF6=2MgF2(S)+SO2+F2    2MgO(S)+SF6=2MgF2(S)+S02+F2    MgF2的致密度高,它与MgO一起可形成连续致密的氧化膜,对熔体起到良好的?;ぷ饔?。应当注意的是,采用含SF6?;て帐?,一定不能含有水蒸气,否则水分的存在会大大加剧Mg的氧化,还会产生有毒的HF气体。

            .SF6?;て?。目前,人们在镁合金熔炼与生产过程中广泛采用SF6?;て?。SF6?;て帐且恢址浅S行У谋;て?,能显著降低熔炼损耗,在铸锭生产行业和压铸工业中得到普遍应用。

        实验研究表明,含体积分数0.01%S凡的混合气体可有效地?;と厶?,但实际操作中,为了补充SF6与熔体反应与泄漏造成的损耗,SF。的浓度要高些。在配置混合气体时,一般应采用多管道、多出口分配,尽量接近液面且分配均匀,并且需要定期检查管道是否堵塞和腐蚀。采用SF6?;て杖哿逗辖鹗?,应尽可能提高浇注温度、熔体液面高度和给料速度的稳定性,以避免破坏液面上方SF6气体的浓度?;挂⒁獗;て逵脎巅龇⑸从?,否则反应产物中eF3. Fe20)将与Mg发生剧烈反应。

            S凡?;て罩饕辛街?,一种是干燥空气与SF6的混合物,另一种是干燥空气与Co:和SF6的混合物。在熔剂熔炼工艺中,由于没熔剂,坩埚底部熔渣量大大减少,从而熔体损耗相对较低。由于在镁合金熔炼温度下SF6会缓慢分解和与其他元素发生反应生成S02, HF和SF4等有毒气体,在815℃还会产生剧毒的S2F10,但S2F10在300-350℃会分解出SF6和S凡,因此,镁合金的熔炼温度一般不超过8000C o S凡浓度体积分数低于0.4%的?;て毡隳芏悦竞辖鹑厶逄峁┯行П;?,产生的有毒气体可以忽略。

            SF6价格高且存在潜在的温室效应,因而要尽量控制S凡的排放量。?;ば云罩蠸F6的浓度不允许超过体积分数2%,否则会引起坩埚损耗。特别是在高温下,SF6浓度超过某一特定的体积分数时,坩埚内可能发生剧烈反应甚至爆炸,因此,必须对混合气体中SF6浓度进行严格控制。此外,带盖的坩埚不能采用纯SF6气氛进行?;?。SF6是影响镁合金寿命周期指标〕C习的主要因素,也是制约镁合金成为21世纪绿色材料的关键因素。

        2000年,国际镁协会住M助呼吁镁界人士重视开发?;ば云逡源鍿F6四、镁合金的型砂工艺    镁合金的型砂工艺,一般说来,可以按照其他金属所用的基本工艺来做,但是,要考虑到镁合金在熔融状态下能够迅速氧化,密度及热容量低等特点。目前,在镁合金的砂型铸造中,为了防止镁液的燃烧且出于环保及人员健康考虑,一般采用烷基磺酸钠无毒型砂。这种型砂通过生产考验,充分证明可以取代氟附加物型砂而用于铸造镁合金。而且该砂具有气味小、工艺性能好、较好的透气性、成本低及货源广等优点,深受企业好评。

            但对烷基磺酸钠若控制不好,也容易使铸件产生较多的铸造缺陷。本文介绍控制烷基磺酸钠型砂的混砂工艺、配制要点及保存使用等的控制要点,并就实际生产中可能出现的一些问题作了探讨,供有关人员参考。

            1.烷基磺酸钠型砂的成分和配制    镁合金的密度约为铝的2/3,铁的1/4,因而金属在型腔中的压力相当低。为了让型砂产生的气体自由排入大气,型砂必须有好的透气性。否则,产生的气体将入侵金属液,形成铸件缺陷。

        烷基磺酸钠型砂的成分如表12-4    混砂工艺在很大程度上影响着型砂的强度,需要精心操作。

        下面介绍烷基磺酸钠型砂的配制过程。配砂前先检查设备是否运转正常,先加入石英砂、膨润土、硼酸干混5-7min,再加入烷基磺酸钠混合9-10min,最后加入水混合8 -10min。如果需要加入甘油,则和水搅拌加入。加入甘油的理由有三:①减少型砂的水含量;②通过减缓水分蒸发的速度而增加型砂的工作时间;③作为和硼酸配合使用的防燃剂,形成一种对镁液具有?;ぷ饔玫呐鹚岽桌嗷衔?。

            2.烷基磺酸钠型砂及其特性    ①烷基磺酸钠是一种碳链较长的碳氮化合物,在水中呈浅黄色液体。在分子上有两个磺酸根时则为双磺结构,有两个以上的即为多磺结构。因此,一个烷基磺酸钠分子,在高温裂解过程中不只是裂解产生一个S02,而是多个so:分子。同时也裂解产生一定量的Co:气体,构成一种较强的?;て?。此外,在高温浇注过程中,裂解的产物与高分子烷烃类似,有气态的乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等碳氢化合物。碳链在断裂时,有一部分碳和氢被空气中氧或磺酸根中的氧氧化生成一定的Co:和水蒸气。在高温金属液浇注的过程中,在靠近铸件表面型砂壳层中,由于缺氧,烷基碳链断裂时会产生一定量的游离碳,使型砂结壳层变黑和松散易碎,对复杂的镁铸件冷却收缩创造了有利条件。

            ②硼酸的作用。硼酸是白色粉状细小晶粒,是一种弱酸,加热后多次脱水,生成硼醉。硼醉能提高湿强度,但加入量过大,则透气性下降。此外,硼酸和镁合金液体表面接触生成致密的硼化镁?;つ?,使镁铸件冷却结晶过程中不氧化燃烧,和烷基磺酸钠相互配合使用,起到必不可少的防燃?;ぷ饔?。

            ③膨润土的作用。膨润土作为主要的私结剂,当被水润湿后具有较高的湿态钻结力,当与其他组分合理配合时,使型砂具有较高的韧性。若私土量过高,有效膨润土也比较多,达到调匀所需的加水量就得增加,由此导致适宜水分过高。水分和膨润土增高,均使型砂韧性提高,造型时难以紧实,是促进机械私砂的因素。

            ④烷基磺酸钠型砂的物理性能比较好。烷基磺酸钠型砂的湿透气不小于80,湿压强度为0.4-0.6MPa,水分为4.5%-.5.5%o    3.烷基磺酸钠型砂的存放使用    烷基磺酸钠呈弱碱性,应存放于耐酸碱的容器中,避免长期和铁器接触。启用整捅供应的烷基磺酸钠时,应该在前两天转入分离捅进行静置,并在使用前将浮于其上的不皂化物和钠盐撇净再使用。因为不皂化物含量较高时,其防燃性能则明显降低,同时对型砂工艺性能也有所影响。捅底的沉淀物不可使用。

            加入适量水时,应考虑所加烷基磺酸钠中所含水量,且最终符合水分性能指标。水分性能指标,在夏季和干燥天气应控制在上限,冬季和阴雨天气控制在下限。为减缓水分蒸发速度,并改善型砂的工艺性能,可以在型砂中加入质量比为0.1%--0.2%的甘油。加入甘油时,应事先将甘油配成甘油和水的混合液,并搅拌均匀。造型用砂应干燥且无煤屑和其他杂物,特别是煤,能引起铸件表面气孔和皮下气孔。

            通常在造型时分为面砂和填砂他有叫背砂砌,面砂是新混碾的型砂,而填砂则用重新混碾的回用砂。使用回用砂时,由于型砂中成分烧损,则无须加入膨润土,只需补加0.1%-0.3%领量分劲、0.2%-0.4%的烷基磺酸钠及适量水即可,混砂的时间略比新砂配制的时间少。一般型砂使用一次以后,在型砂中形成了烧死材料,使型砂出现砂团,砂粒变粗,所以需要添加一定量的新砂。但新砂不宜添加太多,添加量太多时,容易引起湿强度和干强度的下降,导致型砂热性能变坏。由于混砂时的机械作用会引起型砂温度的上升,砂温升高,影响水私土私结剂膜的钻结力,从而造成铸造缺陷,因此,配好砂后应至少停放lh。型砂温度要求不大于400C。配制好的型砂应盖上湿麻袋,防止造成型砂失水,导致造型时产生垮砂和冲砂缺陷。

            4.生产中常出现的问题    ①若烷基磺酸钠长期存放于铁捅中,会使捅体产生腐蚀,生成深褐色悬浮液。用这种烷基磺酸钠配制型砂,浇注的铸件冒口有明火燃烧润烁街,铸件打箱后冒口呈严重烧蚀状皱皮,铸件质量也受到影响。在浇注过程中,型腔内随着浇注温度的不断升高,客观上对?;て宓姆廊夹阅芤蟾?,但实际上?;て宓呐ǘ确炊筛咧鸾ゼ跞踅档?,致使防燃气氛不足而产生这种现象。为避免这种情况,在铸件的厚大复杂的型腔表面和浇冒口周围,需要撒一层薄薄的硫磺粉。在砂型中,硫一接近液体金属就能在温度比较低的情况下挥发成硫蒸气。在浇注过程中,硫迅速夺取型腔空气中的氧生成so:?;て?,so:又和金属反应形成表面外加的?;?,提高防燃作用。更重要的是S能和镁液表面作用,生成硫化镁?;つ?,使铸件表面增强抗氧化能力。

            ②镁合金铸件表面发现燃烧灰斑?;野叽蠖荚谝毫髁髀飞虾湍诮娇诟浇爸纳厦婕安嗝?。严重者用肉眼就可发现有一个个黑点,内有黑灰色粉末。产生的原因可能为:①镁液浇注时由于液流紊乱,或者浇注系统设计不合理,无阻流缓冲及撇渣单元,镁液在浇注过程中就要产生冲撞、喷射,产生氧化燃烧,燃烧质点Mgo)进入型腔,上浮私附在铸型上表面;②烷基磺酸钠在高温缺氧的情况下,形成碳化层。当有一部分多次使用的回用砂时,这种碳化层将会使铸件产生燃烧。但是,碳化层很难清除。这就需要合理设计铸件浇注系统,金属液进入型腔应该平稳无冲击现象。

            ③烷基磺酸钠型砂的透气性比较高,但湿强度却偏低,原因是烷基磺酸钠能够使水的表面活性化,降低了水的表面张力。

        它能够渗透到膨润土的细小颗粒中去,使膨润土固体粒子之间的表面张力小于它内部之间的表面张力,从而破坏了固体微粒之间的内聚力,使颗粒破裂成微小质点分散到型砂中。这时,微粒外层都包有一层亲水性的活性分子吸附膜,由于活性分子在颗粒表面膜上都具有同一方向性,因而产生极性电荷,使颗粒之间具有排斥力,结果破坏了膨润土的私结作用。因此,对于混碾后或堆放待使用的型砂中的水分蒸发速度很快,型砂表面层干散的也更明显。在造型或修型的时间过长,型腔表面的水分蒸发快,给造型工带来一定困难。

            在烷基磺酸钠型砂镁合金铸造中,其质量控制是提高铸件质量的重要环节,只有在型砂配制的各个环节对其成分、水分等综合因素进行合理控制,才能保证型砂的品质,进而提高铸件,获得较好的经济效益。

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