DOC《高纯Mg-Cu-Y合金熔炼工艺研究》

083 ℃和1

522 ℃.如果镁、铜和钇直接混合熔炼,则镁会首先熔化,随着温度升高镁大量挥发,未完全熔化的金属铜和钇会进入镁液中.由于熔体过热度低和合金化的作用时间有限,从而铸锭中易形成金属钇的不熔块,严重影响了合金成分的均匀性.本试验采用两步熔炼方法,首先熔炼铜钇中间合金,并在氩气保护气氛下进行高温精炼,使铜与钇充分熔化并且混合均匀.然后降低温度加入镁,铜钇还未完全凝固,有利于和镁的合金化,最后获得的镁、铜、钇合金成分的均匀. 基金项目:山东省科技发展计划项目(2009GG10003038) 作者简介:毛贵国(1979-),男,山东菏泽人,硕士. 2.2 保温时间对均匀性的影响 样品XRF检测结果如表1所示. 表1保温不同时间后合金各部位的化学成分 Table

1 Chemical compositions of alloy after different holding time /% 位置及编号 保温5 min 保温10 min Mg Cu Y 其他 Mg Cu Y 其他 1(上圆心) 64.80 25.20 6.36 3.64 61.20 22.00 10.47 6.33 2(上) 64.60 25.48 6.47 3.45 61.42 22.10 10.38 6.10 3(上) 64.50 25.37 6.80 3.33 60.87 22.80 10.84 5.49 4(上) 65.80 25.24 6.80 2.16 61.67 21.80 10.59 5.94 5(上边沿) 65.80 25.55 6.91 1.74 61.59 20.60 12.85 4.96 6(中圆心) 63.50 25.68 7.10 3.72 60.31 22.80 10.97 5.92 7(中) 63.88 25.37 7.30 3.45 60.54 22.50 11.45 5.51 8(中) 63.42 25.46 7.50 3.62 60.86 22.60 11.59 4.95 9(中) 64.68 25.89 7.80 1.63 60.93 22.90 12.56 3.61 10(中边沿) 65.00 24.89 9.20 0.91 61.57 22.60 14.89 0.94 11(下圆心) 60.90 24.38 9.40 5.32 60.59 24.80 11.89 2.72 12(下) 61.30 25.87 9.60 3.23 60.92 24.60 10.99 3.49 13(下) 61.35 25.19 9.54 3.92 60.88 23.80 11.68 3.64 14(下) 62.38 25.48 9.21 2.93 61.31 23.90 12.11 2.68 15(下边沿) 63.47 25.46 10.50 0.57 61.93 24.50 11.96 1.61 从表1可看出,保温时间长短对镁的成分均匀性有较大影响,对铜钇的影响相对较小.一方面铜钇之间经过了一次中间熔炼和高温精炼,混合较好.在与镁混合熔炼过程中,保温时间越长越利于镁和铜钇的混合固溶.另一方面镁的密度较铜钇都轻,在熔体中会漂浮在上层,混合均匀要依靠中频炉的电磁搅拌作用,所以保温时间长有利于混合均匀.同时,由于镁的挥发严重,保温时间越长,镁的烧蚀率越大,从表1可以看出保温5 min时,镁的平均含量为63.692%,保温10 min时,镁的平均含量为61.106%.检测结果显示合金中的其他成分主要是稀土元素以及少量的硅,这些成分的引入主要是原料和坩埚带入的.保温时间越长,硅及其他的有害的杂质能较好地漂浮或沉淀并与合金液分开,部分稀土元素能较好地熔入合金中,对合金的非晶形成能力有益. 2.3 浇铸模具对均匀性的影响 对不同元素在铸锭内分布情况作图,结果见图1. 将图1排版至此 由图1可看出,镁在铸件中心位置含量较边缘低,底部含量较上部高.铜和钇在铸件内部含量比较均匀,而在底部含量稍高.其他成分在铸件中含量变化明显.上部含量较高.这是由于铸件在凝固过程中,铸件的底部和边缘首先凝固,此时熔体经过电磁搅拌和机械搅拌混合均匀,所以在铸件的底部和边缘合金成分接近熔体组分,中心部分最后凝固偏析最为严重.在熔体凝固过程中,铜钇因密度大而下沉,所以铜钇在底部含量较上部高.理论上,镁密度小,上部的含量应该较高,但是在凝固过程中,铸件中间上部熔体最后凝固,镁不断挥发含量反而较低,最后凝固的熔体中其他成分含量也就最大.以上分析可以看出合金的均匀性与浇铸模具的导热性能有关.选用导热性能高的金属模具和石墨模具比陶瓷材料模更具有利于合金成分均匀.相对于金属模具,石墨模具加工简单,脱模容易.本试验选用了高强、高纯、高密度的石墨模具. 2.4 其他因素对均匀性的影响 在镁合金熔炼过程中,通入保护气体能有效防止镁的燃烧,和真空熔炼相比,能有效抑制铜的挥发,对镁挥发的抑制效果不明显.保护气体压力越大越不利于熔体中气体的溢出,对铸件中气孔的消除是不利的.保护气体的压力与合金成分的均匀性关系较小.在熔炼完成后,浇铸温度的控制也对成分均匀性有一定的影响.如果浇铸过热度高,熔体凝固时间长,偏析会增强,成分就越不均匀.反之则有利于成分均匀. 图1保温10 min后不同元素在合金中不同位置的分布图 Fig.1 Distribution of alloy elements in ingot at different position for