镁合金的冶炼和铸造
镁合金生产工艺流程
镁合金生产工艺流程
镁合金生产工艺流程主要包括原材料准备、熔炼制备、浇铸成型、热处理和表面处理等环节。
首先，原材料准备。
镁合金的主要原材料是镁及其合金中的其它金属元素，包括镁粉、纯镁、锌、锰、铝等。
这些原材料需要经过矿石选矿、粉碎筛分等步骤，保证原材料的纯度和粒度，以便后续的熔炼制备。
其次，熔炼制备。
将准备好的原材料按照一定比例混合，然后放入电炉或真空炉中进行熔炼。
熔炼时需要控制熔炼温度、熔炼时间和气氛成分等参数，以保证熔炼获得的合金成分符合要求。
然后，浇铸成型。
将熔融的镁合金倒入模具中，经过凝固和冷却，使其形成所需的工件、铸件或半成品。
浇注时需要避免气体和杂质的混入，以及温度的过快或过慢，以免引起缺陷和变形。
接下来，热处理。
这一步骤用于改善镁合金的组织和性能。
常见的热处理方法包括固溶处理、时效处理和变形热处理等。
固溶处理用于溶解合金中的析出相，提高合金的塑性和韧性；时效处理用于产生弥散弱化相，提高合金的强度和硬度；变形热处理用于通过塑性变形和热处理相结合的方式来改善合金的组织和性能。
最后，表面处理。
根据具体需求，镁合金的表面可以进行防腐
蚀处理、电镀、喷涂、阳极氧化等。
这些处理可以提高镁合金的耐蚀性、外观质量和装饰效果，从而满足不同应用领域的需求。
总之，镁合金生产工艺流程包括原材料准备、熔炼制备、浇铸成型、热处理和表面处理等环节。
每个环节都需要严格控制工艺参数，以确保生产出符合要求的镁合金产品。
镁合金加工能力简介
镁合金加工能力简介
镁合金是一种轻质高强度的金属材料，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
在航空、汽车、电子、医疗器械等领域得到广泛应用。
与其他金属材料相比，镁合金的加工难度较大，需要采用特殊工艺和设备进行加工。
本文将简要介绍镁合金的加工能力。
一、铸造加工能力
镁合金可以通过压铸、注射成型、重力铸造等铸造加工方式进行加工。
其中，压铸是一种常用的加工方式，可以用于生产各种形状的零件，具有高效率、高精度、低成本等优点。
二、锻造加工能力
锻造是镁合金的另一种加工方式，可以用于生产高强度的零件。
常用的锻造方法包括挤压锻造、轧制锻造、拉伸锻造等。
锻造加工可以提高镁合金的强度和硬度，并改善其微观组织和机械性能。
三、切削加工能力
切削加工是一种常用的镁合金加工方式，包括车削、铣削、钻孔等。
切削加工可以生产出高精度的零件，但需要采取适当的切削参数和工具材料，以避免镁合金的易燃和脆性。
四、表面处理能力
镁合金表面易氧化和腐蚀，因此需要进行表面处理以保护其表面质量。
常用的表面处理方式包括阳极氧化、化学镀铬、电镀等。
综上所述，镁合金加工需要采用特殊的工艺和设备，但其具有轻量化、高强度、优异的机械性能等优点，将在各个领域得到广泛应用。
第十六章 铸造镁合金及其熔炼PPT课件
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铝镁合金潮流 一款来自Q－MAX的USB闪
盘
镁合金魅力 Sony PCG-Z1VGP
纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元
素，制成镁合金。
Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr
系 和Mg-RE-Zr系等合金系。
5
机舱隔框、增压机匣等高载荷零件
8
形状简单受力不大的耐蚀零件
20
飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件
7
形状复杂的锻件和模锻件
9
室温下承受大载荷的零件，如机翼等
2.3 镁合金－分类、牌号
铸造镁合金：ZM＋顺序号表示。 ZM1、ZM2、ZM7、ZM8： Mg-Al-Zn 系 ZM5： Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性 较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载 荷的结构件或壳体。
650
40
660
64
1668
353
18
1083
100
693
-
化学活性高：
潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧烈 的腐蚀。
干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽 油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。
室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不像 氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石 油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机 场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加 油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
镁合金锻造工艺流程（一）
镁合金锻造工艺流程（一）镁合金锻造工艺流程（一）（1）坯料准备镁合金锻造用的原材料有铸锭和挤压毛坯。
为了保证毛坯在锻造时具有较高塑性以及保证成品零件具有必要的力学性能，大多数情况下都采用挤压毛坯。
在锻造大型模锻件时，由于采用大截面的挤压毛坯有困难，才采用铸锭作为锻造毛坯。
目前镁合金铸锭多采用半连续浇注的方法制造。
半连续浇注由于结晶速度高，铸锭的结晶组织比较均匀，柱状晶区域不大，铸锭中化学成分均匀，氧化膜和夹杂少。
此外，铸锭的补缩条件好，中心没有疏松，因此沿整个橫截面都具有较高的塑性。
镁合金铸锭宏观组织的均匀程度还与合金中所含合金元素种类和含量有关，例如，镁锰系合金（MB1 MB8）在铸锭结晶时，形成柱状晶和粗大结晶组织的倾向性较大，对MG-CE系合金（MB14）而言，CE和MG形成高熔点的金属间化合物MG9CE，细小分散的MG9CE 质点可作为结晶时的核心而细化晶粒，并在晶界上起着阻碍柱状晶长大的作用，从而柱状晶区域不大且结晶组织均匀。
镁合金中所含的氯化物，氧化物和氮化物等非金属夹杂，会使金属完整性受到局部破坏，降低合金的塑性，并在半成品锻件和模锻件中形成缺陷，另外，镁合金具有吸氢特性，在熔炼和浇注时，镁合金中有大量溶解的氢气随着铸锭缓慢冷却而析出，导致铸锭内形成气泡，大大降低合金的力学性能，特别是伸长率和断面收缩率，因此，为了保证镁合金铸锭的质量，除了用半连续浇注的方法外，还必须严格控制熔炼和浇注条件。
镁合金挤压坯料的各向异性较铝合金的严重，为了获得力学性能均匀的锻件，应尽可能减少挤压坯料力学性能各向异性，并在锻造过程中采用“十字”锻造法，使毛坯交替地进行镦粗和拔长，调整毛坯中的晶体取向，使各个方向力学性能均匀。
镁合金下料可在圆盘锯或车床上进行，而不宜采用剪床下料，以防在切口处形成裂纹，除了MB2 MB15外，一般不推荐在热态下剁切，铸锭在锻造前应进行表面机械加工，对坯料或棒料也应检查并消除表面缺陷，以防在锻造中开裂，MB15挤压棒中常有粗晶环，锻前应进行扒皮，由于镁屑易燃，下料速度应缓慢，切削时不用润滑剂和冷却液，以防镁屑燃烧和毛坯受到腐蚀，切屑要单独存放，工作场地要清洁，以防爆炸。
镁合金的熔炼与精炼
如氧化物、氮化物等，需控制夹杂物的数量和分 布，以保证镁合金的质量。
熔炼工艺与技术
01
熔炼前的准备
清理炉膛、准备工具和原料，确 保熔炼前的准备工作充分。
03
搅拌与混合
在熔炼过程中进行搅拌和混合， 促进成分均匀分布，减少偏析现
象。
02
熔炼温度与时间
根据镁合金的种类和成分，控制 适当的熔炼温度和时间，以保证
镁合金的熔炼与精炼
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
汇报人：可编辑
2024-01-06
目录CONTENTS
• 镁合金简介 • 镁合金的熔炼 • 镁合金的精炼 • 镁合金的铸造与加工 • 镁合金的回收与再生
01
镁合金简介
镁合金的特点
低密度
镁合金的密度低于钢和铝合金，具有轻量化 优势。
现经济、社会和环境的协调发展。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
01
02
03
喷涂
在镁合金表面喷涂防腐漆 或金属涂层，以提高耐腐 蚀性能。
电镀
在镁合金表面电镀一层金 属，以提高耐腐蚀性和导 电性。
阳极氧化
通过电解方法使镁合金表 面形成一层氧化膜，以提 高耐腐蚀性和美观度。
01
镁合金的回收与再 生
回收方式与技术
机械回收
将废旧镁合金进行破碎、筛选，再通过熔炼和重铸的方式进行回 收。
精炼原料与配料
镁合金
主要原料，根据需要选择不同成分的镁合金 。
精炼剂
用于去除熔液中的杂质，如氧化物、硫化物 等。
合金元素
为了调整镁合金的性能，可添加适量的合金 元素。
镁合金的生产工艺流程
镁合金的生产工艺流程
《镁合金的生产工艺流程》
镁合金是一种重要的轻金属材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
其生产工艺流程主要包括镁矿选矿、精炼、合金化和铸造等环节。
首先是镁矿选矿。
镁矿一般是以镁石和白镁矿为主要原料，通过挖掘、破碎、磨矿等步骤进行选矿，以获得含有较高镁含量的矿石。
接下来是精炼。
选矿后的镁矿需要进行精炼处理，主要包括熔炼、分离、提纯等步骤。
熔炼是将镁矿放入高温熔炼炉中，以将镁矿中的杂质分离出来，提高镁含量。
分离和提纯则是通过化学反应或其他方法，进一步提高镁的纯度。
在镁矿精炼后，需要进行合金化。
镁合金通常是通过在纯镁中添加其他金属元素形成的。
合金化一般通过熔炼、搅拌等方法进行，以获得具有特定性能的镁合金。
最后是铸造。
将合金化后的镁合金液态熔体浇铸成各种产品，包括板材、棒材、型材、铸件等。
铸造过程中需要严格控制温度、压力和铸模等参数，以确保所铸成的产品具有良好的力学性能和表面质量。
除了上述核心环节外，镁合金的生产工艺流程还包括原材料储
存、设备维护、环境保护等环节。
通过严格控制每一个环节，可以确保镁合金的生产工艺流程稳定、高效，满足各种工业领域对于镁合金产品的需求。
镁合金生产工艺
镁合金生产工艺镁合金是一种重量轻、强度高、耐腐蚀性好的材料，被广泛应用在航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
下面将介绍镁合金的生产工艺。
镁合金的生产工艺一般可以分为原料准备、合金化、铸造和后处理四个步骤。
首先是原料准备。
镁合金的主要原料是纯镁和其他合金元素。
纯镁是通过电解纯化镁矿石制得的，因此需要采集镁矿石并进行精炼。
其他合金元素可以通过高温放炉和气相沉积等方法得到。
原料准备阶段还包括原料的筛选、研磨和称量等操作。
接下来是合金化。
合金化是指将纯镁和其他合金元素按一定的比例混合，形成镁合金的过程。
合金化可以通过熔炼、球磨和溶剂热等方法进行。
其中，熔炼法是最常用的方法。
熔炼时，将纯镁和其他合金元素放入熔炉中，加热到合金元素的熔点，使其溶解在纯镁中。
然后，通过搅拌等方法使合金元素均匀分布在纯镁中，形成均匀的合金液态。
然后是铸造。
铸造是将合金液态倒入模具中，经冷却和凝固形成固态镁合金的过程。
铸造可以分为压铸、重力铸造、连续铸造等多种方法。
其中，压铸是最常用的方法。
在压铸中，将合金液态注入铸造机中，通过高压和模具形成所需的零件。
铸造过程中，要注意保持适当的温度和压力，以确保合金的完整性和质量。
最后是后处理。
后处理是对铸造后的镁合金进行机械加工和热处理，使其达到所需的物理和机械性能。
后处理可以包括修整铸件表面、去除铸件内部的气孔和夹杂物、调整铸件的尺寸和形状、提高铸件的强度和韧性等操作。
常用的后处理方法有切割、研磨、钻孔、退火等。
后处理过程中，还需要对镁合金进行质量检测，以保证产品的质量和可靠性。
综上所述，镁合金的生产工艺包括原料准备、合金化、铸造和后处理四个步骤。
通过精确的操作和控制，可以得到具有良好物理和机械性能的镁合金产品。
然而，镁合金在生产过程中存在一些困难，如氧化、熔点低、熔池容易发生气孔等。
因此，在生产过程中需要注意各项参数的控制和调整，以获得高质量的镁合金产品。
镁合金锻造工艺流程(一)
镁合金锻造工艺流程（一）（1）坯料准备镁合金锻造用的原材料有铸锭和挤压毛坯。
为了保证毛坯在锻造时具有较高塑性以及保证成品零件具有必要的力学性能，大多数情况下都采用挤压毛坯。
在锻造大型模锻件时，由于采用大截面的挤压毛坯有困难，才采用铸锭作为锻造毛坯。
目前镁合金铸锭多采用半连续浇注的方法制造。
半连续浇注由于结晶速度高，铸锭的结晶组织比较均匀，柱状晶区域不大，铸锭中化学成分均匀，氧化膜和夹杂少。
此外，铸锭的补缩条件好，中心没有疏松，因此沿整个橫截面都具有较高的塑性。
镁合金铸锭宏观组织的均匀程度还与合金中所含合金元素种类和含量有关，例如，镁锰系合金（MB1 MB8）在铸锭结晶时，形成柱状晶和粗大结晶组织的倾向性较大，对MG-CE系合金（MB14）而言，CE和MG形成高熔点的金属间化合物MG9CE，细小分散的MG9CE质点可作为结晶时的核心而细化晶粒，并在晶界上起着阻碍柱状晶长大的作用，从而柱状晶区域不大且结晶组织均匀。
镁合金中所含的氯化物，氧化物和氮化物等非金属夹杂，会使金属完整性受到局部破坏，降低合金的塑性，并在半成品锻件和模锻件中形成缺陷，另外，镁合金具有吸氢特性，在熔炼和浇注时，镁合金中有大量溶解的氢气随着铸锭缓慢冷却而析出，导致铸锭内形成气泡，大大降低合金的力学性能，特别是伸长率和断面收缩率，因此，为了保证镁合金铸锭的质量，除了用半连续浇注的方法外，还必须严格控制熔炼和浇注条件。
镁合金挤压坯料的各向异性较铝合金的严重，为了获得力学性能均匀的锻件，应尽可能减少挤压坯料力学性能各向异性，并在锻造过程中采用“十字”锻造法，使毛坯交替地进行镦粗和拔长，调整毛坯中的晶体取向，使各个方向力学性能均匀。
镁合金下料可在圆盘锯或车床上进行，而不宜采用剪床下料，以防在切口处形成裂纹，除了MB2 MB15外，一般不推荐在热态下剁切，铸锭在锻造前应进行表面机械加工，对坯料或棒料也应检查并消除表面缺陷，以防在锻造中开裂，MB15挤压棒中常有粗晶环，锻前应进行扒皮，由于镁屑易燃，下料速度应缓慢，切削时不用润滑剂和冷却液，以防镁屑燃烧和毛坯受到腐蚀，切屑要单独存放，工作场地要清洁，以防爆炸。
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目录
• 镁合金应用举例 • 冶金基础知识 • 镁的冶炼 • 粗镁精炼 • 镁合金的铸造
镁合金应用举例
单兵作战系统(OICW)
• 美国研制中的新式单 兵作战系统(OICW) , 功能齐全,很多零件采 用了镁合金,重量仅 8.172kg ,但军方仍希 望进一步减重1. 8kg 以上。
• 美军方计划采购2－4 万枝新枪，单价为 0．8－1万美元。
冶金基础知识
为什么要吹气？
（高炉）Blast furnace
为什么要吹气？
1、加速炭的燃烧，提高炉内温度。 2、产生CO气体，促成（气相+固相）还原 反应。
3如Fe2果O3+要CO用=2高Fe3炉O4+冶CO炼2 镁， Fe在3O4降+CO低=3炉FeO温+ 的CO同2 时。 需要Fe找O+C到O合=Fe适+C的O2 还原性气体。
法国FA--MAS突击步枪反坦克枪榴弹 应用了镁合金,全弹质量仅800g
美国空军战略轰炸机—B52
• 上个世纪50年代，镁合 金都一直用在飞机的主 要结构件上。庞然大 物—B52 则更是代表了 当时镁应用的颠峰，，B 轰炸机的机身部分就使 用了镁合金板材635公斤， 挤压件90公斤，铸件超 过200公斤 .
上面的反应式中，CO的与氧的亲和能力最强， 可以还原Fe的氧化物。
氧势图
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
●熔盐电解法
1830年英国科学家M.法拉第首先用熔盐氯化法制得了纯 镁；1852年P.本生在实验室范围内对此法进行了详细的研 究；到1886年在德国开始了镁德工业生产；1909年开始， 电解氯化镁成为了工业生产镁的第一大方法。
▲熔盐电解法
水是有害杂质，它在电解过程中产生下列反应 Mg+H2O=MgO+H2 MgCl2+H2O=Mg(OH)Cl+HCl↑ Mg(OH)Cl=MgO+HCl↑ MgCl2 +H2O+C=MgO+H2↑+Cl2↑
2x y
M
2＋O
2＝
2 y
M
xO
y
把上式的DrGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为氧 势图，或称为埃林汉姆图，或称为氧化物标准生成自由能与 温度的关系图。
氧势图
DrGθ DrH TDrS
（1）斜率是反应的熵变 的负值
（2）转折点一定是在该 温度有反应物或产物的相 变
氧势图
直线的位置的重要性
冶金基础知识
冶金基础知识
• 高炉冶炼特点 • 高炉是连续的、大规
模的高温生产过程， 机械化和自动化水平 较高。 • 可以数十年不停机。
为什么不用高炉冶炼镁？
•镁 熔点650 °C
能否通过用降高低炉炉冶内炼温镁度？沸•熔的铁点点方1105式9318，°°CC，
沸点 2862 °C
镁的沸点低，容 易形成蒸汽，难 于从炉底排出镁 熔体。
比使用铝合金减重了约500公斤 比使用钢减重了2700公斤
日本利用镁合金低质量得到卫星的高性能
• 日本利用镁合金低质量 密度的特征，开发了旨 在提高具有镁合金机翼 的超音速飞行器特性的 结构最优化设计方法， 并以镁合金成功地制作 出了重量仅为1kg 的超 小型人造卫星。
M-60火箭灭火发射器
• 重科院航研镁与重庆盛 镁镁业联合研发的M60,M-80火箭发射器通 过了总装多性能鉴定。 比原发射器减重42%， 稳定性大幅提升，在战 斗状态下士兵可多携弹 四枚。
▲熔盐电解法 无水氯化镁制备
※氯化镁水合物脱水过程及关键技术难点
▲熔盐电解法 无水氯化镁制备
脱水过程中也会发生如下的副反应：
从上面反应式可知，水合氯化镁从六水合物到二水 合物的脱水较容易，而它的低水合物(二水和一水合 物)会产生副反应，同时脱水所生成的氯化镁还要发 生水解。怎样脱水？
固态的C也可以直接对铁矿石进行还原，但是固相-固相之 间的反应，依靠原子扩散来进行，速度非常慢。
氧势图
氧化物能否被还原，取决与各组元与氧的亲和能力。 亲和能力越强的组元，可以争取到更多的氧原子。
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+ CO2 FeO+CO=Fe+CO2
减震性能优良
镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍,减震效果很显 著,采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座, 可以大幅度减轻重量(约降低70%),大大增加硬盘的 稳定性,非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量 的方向发展。
电磁屏蔽
计算机、手机等产品的外壳,以降低电磁波对人 体辐射危害。
生物性能
生物医用材料具有很高的附加值，其每公斤达 1200-150000美元，而建筑材料仅为0.1-1.2美 元，宇航材料也仅100-1200美元。
（1）位置越低，表明负值越大，在标准状态下所生成的 氧化物越稳定，越难被其他元素还原。
xM＋O2＝M x O2 yN＋O2＝N yO2
（1）位置高 （2）位置低
DrGx DrGy
yN＋MxO2 N yO2 xM
（3）
DrG3 DrGy DrGx 0
氧势图
直线的位置的重要性
（2）在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低 的元素最先氧化。如1673K时，元素Si、Mn、Ca、Al、 Mg同时与氧相遇时，最先氧化的是金属Ca, 然后依次为 Mg、Al、Si、Mn。 ——注意：先氧化是指同样条件，氧化所需的最低氧分压低
（3）位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还 原。如1600℃时，Mg可以还原SiO2得到液态硅。——此原理源自金属热还原的理论基础氧势图
在CO线以上的区域， 如元素Fe、W、P、 Mo、Sn、Ni、Co、 As及Cu等的氧化物 均可以在固态的时 候被C还原.
CO
•镁 熔点650 °C 沸点1091 °C
Mg
1800℃
氧势图
氧势图应用举例
氧势图应用举例
• 氧势图用于判断氧的走向
• 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、 磷势图
镁的冶炼
▲熔盐电解法
●水氯镁石 MgCl2·H2O
水氯镁石（Bischofite）是六水氯化镁（Magnesium Chloride Hexahydrate）的俗称，工业上也叫卤块。其广泛分布于海水、盐 湖卤水及井矿盐卤水中。