变形镁合金锭的基本铸造工艺参数是速度、温度、冷却水压和结晶器高度,个的可调可控力度大,结晶器一旦制造完毕,它的高度就定下来了。此外,还有一些未纳入制度的相对不太重要的参数,它们也对铸锭组织、裂纹敏感性、致密度、表面品质有一定的影响,例如结晶器锥度、内表面粗糙度、水孔大小、水的喷射角度,铸造漏斗直径、孔径、孔数、沉入熔体深度,等等。
在不同的铸造速度时,铸造速度越大,冷却强度也大,液穴深度随着变小。结晶器高度变小时,强却强度也随着变弱。
在铸造镁合金圆锭时,在一般情况下,采用高一些结晶器,可以避免通心裂纹。加高结晶器高度,如果调低铸造速度,则表面会产状淬火裂纹。对于热脆性较敏感的合金,若采用低结晶器,相应降低铸造速度,但此时锭表面的冷隔成层缺陷却会增多,同时还可能产生横向裂纹。因此,应合理确定结晶器高度与铸造速度,一旦结晶器高度确定了,也就可以选定铸造速度,铸得既无裂纹,表面品质又好的锭坯。
铸造速度一定时,结晶器越高液穴也越深,但当结晶器高度大于200mm后,提高结晶器高度,液穴的变化也不十分明显。
提高结晶器高度,也即相对降低了凝固速度,可延长金属中间化合物的生长时间。结晶器越高,对镁合金金属中间化合物尺寸的增大和数量的增多影响也越明显。在铸造200mm×800mm扁锭时,中间金属化合物的偏析与结晶器高度的关系见表1。
综合各方面的因素,当铸造直径350mm~690mm锭时,结晶器高度以145mm~250mm为佳;铸造200mm×800mm扁锭的适宜结晶器高度为250mm;铸造260mm×960mm的结晶器高度为300mm。
MB15合金的热裂纹敏感性较大,对水冷强度非常敏感,可采取推迟二次水冷方法,不但不会产生热裂纹,而且铸锭表面品质也有所提高。
镁及镁合金熔体易与氧、氮、水气等发生反应,镁与1g氧化合释放598J热,而铝释放的为531J,比镁释放的低11.2%。通常,氧化物生成热越大,分解压越低,则与氧的亲和力越强。由氧化物生成热和分解压数值可知,镁与氧的亲和力比铝与氧的大,镁与氧的氧化膜MgO疏松,致密度系数α=0.79,比Al2O3的1∶28小得多,没有保护作用。温度较低时,镁的氧化速率不大,500℃时显著加快,超过700℃则急剧上升,熔体一旦遇氧就会发生急剧氧化而燃烧,放出大量的热。反热生成的MgO绝热性能好,反应界面产生的热不能及时向外散发,从而提高界面温度,造成恶性循环加速镁的氧化,燃烧反应更加激烈。当界面反应温度镁的沸点1107℃时,熔体大量气化,发生爆炸。
无论是固态镁还是液态镁均能与水发生反应,生成MgO并放出H2,H2又与O2化合生成水,水又受热急剧汽化,会导致猛烈的爆炸。因此,熔炼镁合金的炉料、工具、熔剂等均应干燥。
镁可与N2反应生成Mg3N2,不过Mg-N2反应比Mg-O2反应缓慢得多。镁与氩、氦、氖等不发生化学反应,可防止镁熔体燃烧,但不能阻止镁的蒸发。因此,在熔炼镁合金时采取有效的措施防止其氧化、燃烧与爆炸,目前的措施有熔剂熔炼工艺与无熔剂熔炼工艺。然而熔剂形成的膜层隔绝空气的效果并不十分理想。
压铸镁合金时采用熔剂熔炼会带来操作上的诸多困难,特别是热室压铸尤为不便,同时熔剂夹杂更加,上世纪70年代开发的无熔剂熔炼工艺在镁合金熔炼发展史上有着里程碑意义。大量研究表明,CO2、SO2、SF6等气体对镁及镁合金熔体有良好的保护作用,特别是SF6的效果尤为。
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