铸造镁合金是以镁为基加入合金化元素形成的适于用铸造方法生产零部件的镁合金。按成形工艺,镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金,两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等;变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。
铸造镁合金具有如下特性:结晶温度间隔大,体收缩和线收缩大,组织中的共晶体量、比热容、凝固潜热、密度以及液体压头均小,流动性低,拉裂、缩松倾向一般较铸造铝合金大得多。
随着科技的发展与社会的进步,节能、环保是当前及未来较长一段时间的主要发展课题。新型材料,尤其是某些有色金属合金材料,如:镁合金,在强度、刚度、制造性、加工方式、导热性、稳定性等方面,与传统材料相比都具有明显的性能优势[1]。因此,镁合金在航空、军事、民用器械等制造加工领域应用越来越普及,如航空航天的飞机变速箱、天蓬框架、发动机箱体,以及人们体育运动使用的网球拍、办公使用的打印机滚筒、核电站使用的核燃料零件箱等,都广泛使用了镁合金结构材料[2]。目前,镁合金已经成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料[3]。
具体的熔炼铸造过程分六步:
(1)配料:按炉化5kg 镁合金,根据镁合金板材熔炼铸造原料配比表进行计算,确定各组分的用量,然后进行称量取材,再放入烘箱进行烘干处理后备用。
(2)装料熔炼:给熔炉进行加热,装入称取的合金原料,待炉温升至650℃时,轻轻加入炉料35%Mg,并同时输入保护气体,再继续给熔炉缓慢加热升温熔炼。
(3)合金化:待炉温升至700℃时保持温度确保合金原料完全熔化,然后加入配料5%Zn,以及强化元素稀土Nd,再进行连续搅拌约150s,确保熔炉内原料完全熔化,再继续给熔炉缓慢加热升温,直至熔炉内溶液温度达到730℃时进行变质处理。
(4)变质处理:熔炉内溶液温度达到730℃时,逐渐加入变质剂并同时进行搅拌操作,防止溶液飞溅和混合不均,然后静置保温约5min,以确保溶液进行充分变质处理。
(5)静置浇注:撇去熔炉内溶液浮渣,并继续静置15min,然后将熔炉内溶液缓缓浇注到镁合金板材模具中,保持模具水平静置。
(6)冷却取用:待模具内镁合金板材完全成形冷却,再从模具中取出进行切割处理,长宽厚尺寸分别为180mm×50mm×8mm,以留作焊接试验使用。