目前,较常见的铸造镁合金有 Mg - Al、 Mg - RF等系列。然而,铸造镁合金的力学性能不够理想,产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生组织缺陷, 导致镁合金的使用性能和应用范围受到很大限制。
铸造镁合金比变形镁合金使用的更多。铸造镁合金是航空工业中应用广泛的一种轻合金。用镁合金铸件代替铝合金铸件,在强度相等的条件下,可以使工件重量减轻百分之二十五到百分之三十。镁合金和铝合金一样,根据加工方法可以分为变形(压力加工)镁合金和铸造镁合金两大类。这些年来,随着压铸技术的发展,压铸镁合金已成为镁合金应用的主要领域。此外,镁合金作为牺牲阳极其用途也有了很大的发展。
镁属于轻金属,属镁为银白色,在空气中极易被氧化,形成一层薄氧化膜,可以防止其进一步氧化。
镁化学活性很高,在自然界中很难遇到纯镁矿。在海水中以氯化物存在,约含百分之零点一四,在地壳中以光卤石、菱镁矿、白云石和一些其他化合物形式存在,含量达到百分之二点三五。
镁合金是一种节能、环保新型结构材料,质量轻、硬度大,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,已发展成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料。通过对镁合金的常见焊接技术进行分析研究,择优选用熔化极惰性气体保护焊进行试验研究验证,具体阐述了试验用镁合金板材的熔炼铸造,以及焊接过程中接头对接形式、焊丝选用、焊接电流设置、焊接速度、气流量、焊后热处理等焊接关键技术,后对焊接接头的外观、力学性能及硬度进行测定,综合分析后表明镁合金根据文中焊接关键技术进行焊接操作,可以取得良好的焊接效果。
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。
镁合金是以镁为基体,同时加入其他元素合金化而成,能够改善材料的物理、力学、热力学、耐腐蚀等性能,从而满足不同领域及工作环境的需求 。稀土元素能够在一定程度上改善镁合金的熔体净化效果和铸造能力,同时能够优化组织,提高材料的力学性能及抗氧化和抗蠕变性能 ,使镁合金强度提高1.5~2.5倍,极限工作温度提升至350℃,且耐蚀性能显著提升,拓展了镁合金的应用领域。Gd对镁合金具有显著的强化效果,但其高昂的价格限制了Mg-Gd系合金的应用与推广,因此,需要寻找到与Gd作用相似且廉价的合金化元素。Er在镁合金中与Gd具有类似的作用,这使得新型含Er铸造镁合金的应用成为可能,且价格低廉,目前已开发出了一系列具有较高强度和热稳定性的含Er铸造镁合金。本课题综述了Er对铸造镁合金熔体、组织与性能的影响规律及其作用原理,构建了含Er稀土镁合金固溶度变化简易模型,展望了含Er镁合金未来的研究方向。
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