[发明专利]一种镁合金及镁锂合金高纯净化高均质化熔铸方法

说明书

本发明公开了一种镁合金及镁锂合金高纯净化高均质化熔铸方法，包括以下步骤：(1)将充分预热的镁锭放入熔炼坩埚内，采用真空和惰性气体对熔体进行保护；(2)通电使镁锭熔化，加入合金化原料，加料过程保持通入氩气，调整氩气压力至1×10supgt;5/supgt;Pa；(3)利用势能差和气体压力差，推动熔体进行潜流式转注；(4)对熔体进行均质化凝固和余热均匀化。本发明实现了镁锂合金锭坯和铸件高效率、连续化熔铸生产。通过潜流式转注使转注过程变得简单高效。通过实时捕捉U型固液界面的谷底，保证固液界面谷底下部的固相区在心部温度接近固相线温度时就开始恒温均匀化，减小了凝固收缩量，大幅降低了大铸锭的开裂风险等。

技术领域

本发明属于镁合金特别是镁锂合金熔铸领域，具体涉及一种镁合金特别是镁锂合金的高纯净化高均质化锭坯或铸件熔铸方法。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，金属镁作为中国具有资源优势的有色合金品种，发展镁合金产业对于国防军工、交通运输、新能源汽车和电子3C的自主可控、升级换代、节能减排具有重要意义。镁锂合金的密度(1.35～1.65g/cm³)低于通常的镁合金(1.74～1.91g/cm³)，减重效果更加显著，特别的，高锂含量(Li含量大于6wt.％)的镁锂合金晶体结构由密排六方结构变为体心立方结构，塑性变形能力优于通常镁合金。

相比于铝合金，熔铸难度大和成品率低是制约镁合金特别是镁锂合金广泛应用的关键因素。镁锂合金熔铸作为镁合金熔铸“王冠上的明珠”，熔铸环节的高危险性和低成品率严重制约其开发和应用。镁的化学性质活泼，容易与空气中的氧气、氮气和水汽反应，形成各类固态夹渣，因此，阻燃除渣是镁合金熔炼面临的最大难题。现有的镁合金熔炼技术通常采用熔融盐(熔剂)作为覆盖剂和精炼剂，覆盖剂用于封闭液面防氧化，精炼剂用于吸附夹渣促其沉底，但盐类熔剂的使用引入难以去除的熔剂夹渣，严重恶化合金的耐蚀性和力学性能。锂化学活性比镁更高，镁锂合金阻燃除渣的难度成倍增加，通常采用真空熔铸。真空熔炼时镁的挥发严重，为抑制镁挥发，需要充入氩气调整真空室压力，同时为了降低氧气、氮气和水蒸气的分压，需要多次抽真空充氩气来稀释真空室内的有害气体。真空熔炼的质量控制难度且生产效率较低，还需要投入复杂的辅助设备及自动化控制设备。

镁合金及镁锂合金熔铸设备的发展趋势为：通过绿色、高效、自动化方式实现熔体的高纯净化和凝固组织的高均质化。常规的镁合金熔炼系统难以获得高纯净化高均质化锭坯或铸件，无法满足航空航天和生物医用等高端领域对高品质镁合金及镁锂合金的需求，主要因为现有技术尚存在如下不足之处：(1)采用熔剂进行熔体保护和精炼会引入熔剂夹渣，严重恶化材料的耐蚀性和力学性能；(2)通常的精炼和过滤方法无法最大限度地滤除氧化夹渣和熔剂夹渣，过滤器不易更换；(3)通常的浇注方法为熔炼炉倾转浇注和输液泵转注，在模具中无法形成稳定的静态液面，存在紊流和卷气问题，也不利于实现自动化生产；(4)采用常规凝固手段获得的锭坯，往往存在严重的内外组织不均匀性和溶质区域偏析，从而影响力学性能的均匀一致性，也严重影响后续塑性变形时金属流动的均匀性，从而无法保证塑性加工产品尺寸精度；(5)当锭坯截面尺寸增加后，凝固收缩导致的内应力增大，容易造成锭坯开裂；(6)通常的真空熔炼将加料、熔炼和浇注置于同一个真空室内，连续生产时需要反复进行抽真空充惰性气体处理(洗气处理)，不利于实现连续生产，也不利于大尺寸锭坯的生产，同时，由于炉腔体积大，抽真空效率低，每一炉抽真空时间通常会占到熔铸总时间的50％，严重影响生产效率；(7)通常的均匀化工艺是将车削加工的冷铸锭重新加热至固相线以下，造成能源的消耗，对于截面尺寸较大的铸锭，能源消耗巨大。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种镁合金及镁锂合金高纯净化高均质化熔铸方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种镁合金及镁锂合金高纯净化高均质化熔铸方法，包括以下步骤：

(1)熔铸准备：