镁及镁合金熔炼特点

镁及镁合金熔炼特点

镁合金的熔点不高，热容量较小，在空气中加热时，氧化快，在过热时易燃烧；在熔融状态下无熔刘保护时，则可猛烈地燃烧。因此，镁合金在熔铸过程中必须始终在熔剂或保护性气氛下进行。熔铸质量的好坏，在很大程度上取决于熔剂的质量和熔体保护的好坏。镁氧化时释放出大量的热，镁的比热容和导热性较低，MgO疏松多孔，无保护作用，因而氧化处附近的熔体易于局部过热，且会促进镁的氧化燃烧。

镁合金除强烈氧化外，遇水则会急剧地分解而引起爆炸，还能与氮形成氮化镁夹杂。氢能大量地溶于镁中，在熔炼温度不超过900℃时，吸氢能力增加不大，铸锭凝固时氢会大量析出，使铸锭产生气孔并促进疏松。多数合金元素的熔点和密度均比镁高，易于产生密度偏析，故一次熔炼是难以得到成分均匀的镁合金锭。有时采用预制镁合金，再重熔的办法。为防止污染合金，熔炼镁合金时不宜用一般硅砖作炉衬。由于镁合金对杂质也很敏感，如镍、被含量分别超过0．03%及0.01%时，铸锭便易热裂，并降低其耐蚀性。对熔剂要求很严格，要有较大的密度和适当的黏度，能很好地润湿炉衬。在熔炼过程中熔剂会不断地下沉，因而要陆续地添加新熔剂，使整个熔池覆盖好且不冒火燃烧。在个别地方出现氧化燃烧时，应及时撒上熔剂将其扑灭。用Ar、Cl2、CCl4去气精炼时，吹气时间不宜过长，否则会粗化晶粒。用N2气吹炼时可能形成氮化镁，温度不宜过高。镁合金的流动性较小，应稍提高浇温。但浇温过高会使形成缩松的倾向增大。铸锭时要注意熔体保护和漏镁放炮。浇温和浇速过高，易产生漏镁和中心热裂；但浇温浇速过低，则易形成冷隔、气孔和粗大金属间化合物等。此外，由于镁合金密度小，黏度大，一些溶解度小而密度较大的合金元素不易溶解完全，常随熔剂沉于炉底，或随熔剂悬浮于熔体中成为夹杂。因此，镁合金中常出现金属夹杂、熔剂夹渣及氧化夹渣。

归纳起来，镁合金的熔铸技术具有如下特点：

1）镁的化学活性很强烈，在熔态下，极易和氧、氮及水气发生化学作用。在熔体表面如不严加保护，接近800℃时就很快氧化燃烧。为减少烧损、生产安全以及保证金属质量，在整个熔铸过程中，熔体始终需用熔剂加以保护，避免与炉气和空气中的氧、氮及水气接触。因此，给工艺带来了许多问题，如大量熔盐

给产品质量、人身健康和安全生产带来不少麻烦。

2）除少数组元（元素）如Cd、Zn、Al、Ag、Li等外，其他组元在镁中的溶解度都非常小；此外，在难熔组元间又易形成高熔点化合物而沉析，因此在工艺上加人很困难。由于铁难溶于镁中，故在镁合金的熔铸过程中，可使用不加任何涂层的铁制工具。

3）在有些镁合金铸锭中，易于发生局部晶粒大小悬殊现象。同时晶粒尺寸较大，晶粒形状易于出现柱状晶和扇形晶，严重影响压力加工性能和制品的力学性能。因此，对不同合金要采取相应的变质处理方法来细化晶粒，并适当改变晶粒形状。

近年来，采用电磁搅动液穴中熔体的方法，对晶粒细化有良好的效果。永磁搅拌法也开始使用。由于镁合金晶粒粗化倾向较大，对镁合金铸锭晶粒的尺寸大小和形状原则上不作严格要求。

4）镁合金的氧化夹杂、熔剂夹渣和气体溶解度远比铝合金多。因此，需要进行净化处理。

目前，在我国多采用熔剂精炼法，有些国家也采用气体精炼法，并研发了一些新的净化技术。

镁合金的净化剂都是沉降型的，这点不同于铝合金和其他有色金属，这就给工艺和制品质量带来许多麻烦。因此，在净化后需要有充分的静置时间。在炉底还需另设排渣口，扒底渣的工序亦不容忽视。

在整个熔铸过程中，需要使用大量的熔剂，同时外加大量的化工材料（加入组元和变质处理用），它们的质量好坏，直接影响合金质量，为此，对熔剂和熔盐应有严格要求。

5）以〖H〗对镁合金也有一定影响。除了能影响含锆-镁合金中锆的溶解度外，当氢含量超过某一限额时间(16cm3/100g镁),将在铸锭上出现不同程度的显微气孔。因此，对氢含量也不应忽视。

6）由于镁合金热含量较低，当加人高熔点组元或批量较大的化工材料时，将使熔体温度降低较大。所以，镁合金的熔炼温度应比铝合金高。

熔体过热会使晶粒粗化，而且氧化、氮化及热裂纹倾向性等，都随着过热温度的提高趋于严重。因此，在工艺中应尽力避免熔体过热。

在镁一铝系合金中有金属过热细化晶粒的效应。但用这种方法细化晶粒将引起其他缺陷，效果不好。同时细化效应时间也是短暂的，熔体停留时间稍长则晶粒又复粗化。

7)镁合金远比铝合金熔炼工艺复杂，但在研究方面却比铝合金差。因此，许多机理问题还有待确证。如熔盐性质、净化机理、变质处理等重要工艺，在机理方面许多还只是些假说，有些尚未经确证。

8）镁合金的安全技术问题是很重要的。大多数熔盐都有潮解性，大多数化工材料都有结晶水。在工艺过程中，液态金属直接见水就产生飞溅性爆炸，务必严加注意。此外，有害气体和粉尘，都应妥善处理。

9）金属组元、金属镁以及加入的大多数化工材料，多数都是昂贵稀缺的原材料。在工艺过程中烧损较大，实收率较低，严重影响制品的经济效果。

影响实收率的因素很多，如加人方法、操作方法、批量、熔体温度以及伴加混合盐的数量和质量等，这些都要严加注意。最近引进的一些新熔剂，可减少锆和铈的烧损。如用2号熔剂，MB8合金中铈的损失为16.3％，而用5号熔剂时，其烧损只有1.2%。又如MB15合金，用2号熔剂时锆的损失为16.3％，而用新的5号熔剂时，就几乎没有损失。同时新熔剂还基本消除了MB8合金的熔剂夹渣废品。

10）为了保证镁合金制品有高而均匀的性能，对铸锭的致密度和成分区域偏析也应重视。

11）镁合金的热裂纹倾向较大，因此铸造时的结晶速度不宜过高。但结晶速度较小时，又将促进金属中间化合物的形成和发展。可见，热裂纹和金属中间化合物，二者在工艺上有矛盾，这也是工艺复杂和困难的原因所在。必须全面考虑，适当选择。

但由于镁合金的弹性模量比铝合金小得多（镁的E＝45000MPa，铝的E＝72000MPa），因此，镁合金铸锭的内应力远小于铝合金，其冷裂纹倾向性要比铝合金小得多。

镁合金的熔炼方法依据变形镁合金的上述特点，其熔炼工艺装备大体分两大类：火焰反射炉和坩埚炉。坩埚炉有电坩埚炉和燃料坩埚炉两种。电坩埚炉又分工频坩埚炉和电阻坩埚炉两种。