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[技术]镁合金熔炼之镁合金熔炼的质量控制

2013-3-17 13:55:35 来源:网络 字体:  术语简释』『行情讨论』『走势图
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一、镁合金熔炼的安全措施    1.个人防护    个人防护是从事镁合金作业的基本条件,一般情况下,下面的防护装备是镁合金压铸人员的基本保护用品:工作服、安全帽、防护面罩、隔热石棉手套、防火衣裤时热700℃以均、安全鞋。

    操作人员在进行作业以前,一定要按上述要求穿戴防护用品,未穿戴防护用品的人员不要靠近作业区域,不能进行操作。

    2.熔炉的安全操作    镁合金熔炉的安全操作主要有这么几点。

    ①未经过培训人员不得进入设备区。

    ②在有镁尘、镁粉或镁屑处点明火或吸烟有爆炸危险。

    ③设备零件带电,不正确维修保养电器,接地线未紧固,会造成人身伤害或死亡。

    ④随意改装设备会降低设备的安全,有可能导致伤人或死亡。

    ⑤对设备进行危险及错误操作,有可能导致伤人或死亡。

    ⑥将潮温或脏的镁锭及镁尘、镁粉、镁渣加入熔炉有爆炸危险。所以加入坩埚的镁合金应干燥、无油、无脏、预热不低于1500C-镁合金铸造生产过程中,最重要的是保持现场的干燥、干净。每次开机前应将模具预热到150℃以上,喷涂时不要喷涂过多的涂料,以免型腔内积水,引起危险。另外,冲头及模具的冷却尽量不要用水冷。冲头的冷却可用风冷,模具的加热及冷却一般用耐高温油。镁合金压铸冲头速度也比铝合金压铸的高,为避免飞料伤人,有时在模具上分型面部位加装飞料挡板。

    ⑦坩埚中熔化镁溢出来,可造成人烧伤、死亡,所以镁合金熔化或加料时要穿保护服。

    3.镁合金的消防安全    用于镁合金的灭火剂有干沙、覆盖剂、D级灭火器,这些灭火器材应放置在醒目的地方且便于现场紧急使用,干沙及覆盖剂要存放在容器内预防潮湿,并要经常检查。可以用于镁合金的灭火剂有干砂、覆盖剂.D级灭火器,并切记不可用水和普通灭火器来扑镁合金的起火。这些灭火器材应放置在醒目的地方且便于现场紧急使用,干砂及覆盖剂要存放在容器内预防潮湿,并要经常检查。对于少量镁的燃烧,可以用干砂扑灭,也可以迅速铲起转移到空旷地或放入集渣箱内盖好。如果镁液流散无法铲起,可用覆盖剂均匀地洒在镁液上面,对镁合金的灭火效果也较好。由于D级灭火器价格昂贵,在一般情况下尽量不用。镁合金压铸安全生产的关键就是保持生产现场的干净、干燥,使现场作业人员受到良好的安全作业训练,按照正确的安全操作规程及时处理生产中的镁屑和粉尘。

    压力铸造中,镁合金在压射时是高压高速,因此,对压铸设备的要求较高,劣质的压铸设备存在着潜在的危险。压铸作业需将熔化的镁液以70-100m / s的速度晓口均射入模腔成型。由于熔化的镁液易燃易爆,遇氧气剧烈燃烧,遇水爆炸,遇铁锈、含水分的混凝土、含硅的耐火材料等均会起剧烈的反应,且火灾时难以扑灭。火灾一大不能扑救,故对其压铸成套装备的性能、可靠性、安全性要求极高,劣质的设备是极易造成灾害事故的。

在摸索应用的过程中,国内外均发生过很多因设备问题造成的重大安全事故。

    为了保证安全生产与长期生产使用及恶劣使用条件下的可靠性,对镁合金全压铸设备的质量要求是极高的,与普通机械设备不同,不具备强大综合技术实力的厂家生产的劣质设备,极易造成重大的灾害事故。比如,劣质址塌在650℃以上伊卜层在7000C以L)高温条件下长期生产,外层易远速氧化,内层因镁液的腐蚀和SF6保护气体的腐蚀也会迅速侵蚀深入,穿孔后熔化的镁液流出起火爆炸将造成重大灾害事故,用传统土法的盖剂保护更会加剧腐蚀进程。优质设备的坩埚采用特殊研制的复合材料制成,内层耐腐蚀,外层耐热、耐高温氧化,可避免严重的穿孔事故。

    优质压铸设备的保护气体控制精确、稳定,气体成分、流量稳定均有足够保障,并具有在突发停电、突发事故等情况下的特殊自动保护装置,安全性极高。劣质设备气体成分、流量控制不准确,极易因浓度、流量过低造成熔炉起火或因浓度、流量过高造成熔炉迅速腐蚀、镁液泄漏起火爆炸,并缺少特别情况下的可靠的自动保护措施。

    坩埚材质不良、保护气体成分不稳定均会影响合金的成分和性能,造成压铸件的内在质量下降,例如冷、热裂倾向的迅速增加,综合机械性能下降,耐腐蚀性达不到要求等。压射系统的性能不稳定也会造成铸件内部组织疏松、压铸产品机械性能不稳定及其他各种压铸缺陷。

二、设备的清洗所有用于镁合金熔化的坩埚从使用中除下时均含有金属残渣金属液中用到的工具亦如此。残渣可用盐酸1:10比例稀释于水来去除。料管通常通过泵送酸液来清除。用盐酸清洗会产生氮气,必须有顺畅的通风条件。

三、典型的镁合金熔炼工艺    1.AZ91合金熔炼工艺    可采用熔剂法和无熔剂熔炼汽哟法熔炼。

    ①熔剂法。将坩埚预热至暗红色((400-50000,在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层粉状RJ-2域RJ-1)熔剂。炉料预热至150℃以上,依次加入回炉料、镁锭、铝锭,并在炉料上撒一层RJ-2熔剂,装料时熔剂用量占炉料重量的1%-.2%。升温熔炼,当熔液温度达700-720℃时,加入中间合金及锌锭。在装料及熔炼过程中,一旦发现熔液露出并燃烧,应立即补撒 RJ-2熔剂,炉料全部熔化后,猛烈搅动5-8min,以使成分均匀。接着浇注光谱试样,进行炉前分析。如果成分不合格,可加料调整,直至合格。

    将熔液升温至7300C,除去熔渣,并撒上一层RJ-2熔剂保温,进行变质处理。即将占炉料总重量0.4%的菱镁矿胶用前破碎成o 10mm左右的小坳分作2-3包,用铝箔包好,分批装于钟罩内,缓慢压入熔液深度2/3处,并平稳地水平移动,使熔液沸腾,直至变质剂全部分解时间6-12miO。如采用C2C16变质处理,加入量为炉料总重量的0.5%-0.8%,处理温度为740-7600C    变质处理后,除去表面熔渣,洒以新的RJ-2熔剂。调整温度至710-.730℃,进行精炼。搅拌熔液10-30min,使熔液自下而上翻滚,不得飞溅,并不断在熔液的波峰上洒以精炼剂。精炼剂的用量视熔液中氧化夹杂含量的多少而定,一般为炉料重量的1.5%-2.0%。精炼结束后,清除合金液表面、坩埚壁、浇嘴及挡板上的熔渣,然后撒上RJ-2熔剂。

    将熔液升温至755-7700C,保温静置20-60min,浇注断口试样,检查断口,以呈致密、银白色为合格。否则,需重新变质和精炼。合格后将熔液调至浇注温度随常为720780劝,出炉浇注。精炼后升温静置的目的是减少熔液的密度和4-t度,以加速熔渣的沉析,也使熔渣能有较充分的时间从镁熔液中沉淀下来,不至混入铸件中。过热对晶粒细化也有利,必要时可过热至800-8400C,再快速冷却至浇注温度,以改善晶粒细化效果。

    熔炼好的熔液静置结束后应在lh内浇注完,否则需重新浇注试样,检查断口,检查合格方可继续浇注,不合格需要重新变质、精炼。如断口检查重复两次不合格时,该熔液只能浇锭,不能浇铸件。整个熔炼过程怀包括精淘熔剂消耗占炉料总重量的3%-.5%。

    ②无熔剂熔炼(气哟法。无熔剂法的原材料及熔炼工具准备基本上与熔剂熔炼时相同,不同之处在于:①使用SF6. CO2等保护气体,C2C16变质精炼,氮气补充吹洗,其技术要求如表12-5所示;②对熔体工具清理干净,预热至200-30000喷涂料;③配料时二、三级回炉料总重量不大于炉料总重量的40%,其中三级回炉料不得大于20%    操作过程,首先将熔炼坩埚预热至暗红,500-6000C,装满经预热的炉料,装料顺序为:合金锭、镁锭、铝锭、回炉料、中间合金和锌等枷无法一次装完,可留部分锭料或小块回炉料待合金熔化后分批加A),盖上防护罩,通入防护气体,升温熔化嵘一次送入SF6气体时间可取4- 6min。当熔液升温至700-720℃时,搅拌2-5min,以使成分均匀,之后清除炉渣,浇注光谱试样。当成分不合格时进行调整,直至合格。升温至730-750℃并保温,用质量分数为0.1%的C2Ch自沉式变质精炼剂进行处理,其配方见表12-6    精炼变质处理后除渣,并在730-750℃用流量为1-2L / min的氮气补充精炼吹淘2--4min吹头应插入熔液下韵,通氮气量以液面有平缓的沸腾为宜。吹氛气结束后,扒除液面熔渣,升温至760-7800C,保温静置10-20min,浇注断口试样,如不合格,可重新精炼变质佣量取下1%),但一般不得超过3次。熔液调至浇注温度进行浇注,并应在静置结束后2h内浇完。否则,应重新检查试样断口,不合格时需重新进行精炼变质处理。

    浇注前,从直浇道往大型铸型内通入防护性气体2- 3min,中小型内为0.5 '- l min,并用石棉板盖上冒口。浇注时,往浇包内或液流处连续输送防护性气体进行保护,并允许洒硫磺和硼酸混合物,其比例可取1:1,以防止浇注过程中熔液燃烧。

    2. ZK4。镁合金的熔炼工艺    坩埚、炉料等准备与AZ91合金相同,Zr以Mg-Zr中间合金形式加入,并仔细清理炉料,绝不允许与Mg-Al系合金混料。熔化工具也专用,不得与Mg-Al系合金的熔化工具混用。

    炉料组成倾量分黝:新料10%-20%、回炉料80%-90%淇中一级回炉料应占60%以均。

    将坩埚加热至暗红色,在其底部洒以适当的熔剂。加入预热150℃以上的镁锭及回炉料,升温熔化。当熔液温度达720-7400C时加入锌。继续升温至780-8100C,分批缓慢加入Mg-Zr中间合金。全部熔化后,搅拌25min以加速皓的溶解,使成分均匀。在熔液温度不低于760℃时浇注断口试样。若断口不合格,可酌情补加质量分数为1%-2%的Mg-Zr中间合金,重新检查断口,允许第二次补加,若仍不合格,该炉合金只能浇锭。断口合格的熔液可调至750-7600C,将搅拌机叶轮沉至熔液2/3处,搅拌4 -6min ,并不断在液流波峰上洒以熔炼熔剂,熔剂用量为炉料总重量的1.5%-2.5%。然后清除浇嘴、挡板、坩埚壁及熔液表面上的熔渣,再洒入新的覆盖熔剂。将熔液升温至780 -820cC,静置保温巧而n,必要时可再次检查断口,直至静置总时间为30 -50min ,即可出炉浇注。覆盖、精炼均采用RJ-4熔剂。在整个熔炼过程中,熔剂的消耗量占炉料总重量的2%-3%怀包括精炼用熔剂)。

精炼后静置时间不允许超过2h,并且保持温度在780-820℃之间,以免锆沉淀。

    Zr还可以氯错酸盐或氟错酸盐伽a必r砌的状态加入镁合金中,这时需要注意的是:①盐的加入量一般为计算组成的8-10倍;②以氟错酸盐的状态加入Zr时,由于要求必须过热至9000C操作中比较困难;③以氯错酸盐状态加入错时,虽然加入难度小了,但所获得的铸件耐腐蚀性能不足。

    含错镁合金的关键是Zr能否加入到镁合金中去,晶粒细化效果是否合格。为此,第一,要仔细清理炉料,采用较纯净的炉料,以减少Fe " Si " Al等各种杂质的影响,否则不仅会损耗一定数量的Zr,而且会严重影响合金的质量。第二,错的温度不低于7800C,否则Zr很容易沉淀在坩埚底部,造成合金中错量不足。

温度高于820℃熔液表面氧化加剧,且将从大气中吸氮,同时因Fe的溶入量增加,使Zr与Fe, H形成的化合物增多,也会加大Zr的损耗,削弱Zr的细化效果。为避免Zr的沉淀析出,应尽量缩短合金液的停留时间,特别是760℃以下的停留时间。

四、镁合金铸造生产中容易出现的缺陷    镁合金和铝合金虽然同为轻金属,但两者的铸造性能差异较大。由于镁合金的铸造性能较差,在镁合金的铸件生产中容易出现多种缺陷,并且比较难消除,造成生产成本高。常见的缺陷有硫松、夹渣、裂纹及气孔等,要从原辅材料开始控制质量,模具、设备、工序都要有专门技术和检验人员控制。

    1.疏松    该缺陷容易在内浇口及热节处出现。壁厚不均匀的铸件,容易形成多处热节,这些分散的热节如果没有在凝固的过程中得到金属液的补缩,就会在铸件上形成疏松缺陷。这种缺陷一般在铸件内部,肉眼不可见,通过X射线检查能检测出。由于镁合金的结晶温度间隔较宽,一般以糊状凝固的方式结晶,所以存在明显的树枝状结晶组织,枝晶间难以得到补缩。而在内浇口及热节部位则由于长时间处于过热状态,凝固过程中温度较高导致产生该缺陷。

    防止这类缺陷要作好以下几方面的工作:①从工艺的角度合理设计好浇注系统,经反复实践确定直浇道、横浇道与内浇口的截面积最佳之比为1:3:3 ,冒口的尺寸要按经验公式进行计算,强化冒口的补缩作用,形成铸件的顺序凝固;②充分利用冷铁的激冷效果帮助热节处补缩,一般冷铁是与冒口配合使用的;③在有疏松的部位使用暗冒口补缩,如果效果不好时应适当增大冒口的体积或使用保温冒口,而在不易清理冒口的地方做成易割冒口。

实践证明这些措施都是有效的。

    2.夹渣    铸件在酸洗处理后有的表面或铸件尖角处暴露出黑斑夹杂物,肉眼可见。黑斑由一个接近圆形的浅色区所包围,此区以一个更黑的环为边界。这种夹渣物一般是熔剂造成的,会降低铸件的力学性能,并且熔剂中的MgC12还会降低铸件的抗腐蚀能力。镁及镁合金极易氧化,特别是ZM系列合金更加容易氧化,为防止镁合金在熔炼时氧化燃烧,因而在熔炼过程中要加一定的熔剂,使之不与空气接触,铸件在浇注的过程中,由于熔剂性能不好或操作不当浇注工具上的熔剂容易进入到金属液中;舀取金属液不当,将熔剂带入到金属液中;由于浇注不慎,浇包上面浮着的熔剂进入到型腔中。还有有可能是浇注温度较高,镁合金液在型腔中与泥芯放出的气体反应燃烧产生的二次氧化夹渣所致。

    因此,要消除这种缺陷要做到使用带节流管的茶壶式浇包时要磕掉私附着的熔剂,浇包和址祸底部少量的熔液不能浇入型腔,从坩埚中舀取金属液前可用浇包底部拨开液面的熔剂及氧化层。

熔炼过程中温度不可过高,造成熔剂大量挥发。浇注温度要适当,泥芯中用做保护剂作用的硫磺和硼砂酸的加入量要适当增加。如果在浇注的过程中,发现址祸液面有火焰胃出,应洒上一层硫磺粉,这些物质的熔化及发生化学反应有一定的时间,所以要等2-3min后方可舀取金属液。整个操作过程要精心,操作要稳当,防止金属液剧烈的搅动。

    精炼的过程中,熔剂要洒在翻起的镁液升到最高处,使整个液面均匀覆盖一层熔剂,最后不再有白色液体从熔池下部翻上来,直到液面光亮为止,由于熔剂和合金中的氧化物发生化学反应并产生吸附效应,生成的密度大于合金的较大积聚物,沉入坩埚底部,达到净化的效果。精炼时间控制在5. 8min即可。精炼完后,应镇静10-15min,以便夹杂物有足够的时间沉入坩埚底部。精炼结束后,合金液的液面洒硫磺和硼酸的混合物时要细致,否则容易产生氧化物。定期清除坩埚壁上的残渣是很重要的,过量的残渣积聚可能产生强烈的化学反应,影响熔炼质量。

    3.裂纹    裂纹一般出现在铸件厚薄之间的过渡处。产生的原因是在凝固的过程中,薄壁处较壁厚处先凝固,由于收缩受阻产生内应力,特别是有泥芯时伸缩更容易受到阻碍;型芯的过渡圆角太小,金属凝固时产生较大的应力集中。因此,防止此类缺陷的产生,可以在薄壁处增加工艺余量或设置加强筋,适当增大过渡圆角,在厚壁处设置冷铁以均衡凝固顺序。

    4.气孔    气体的来源是多方面的:在熔炼过程中,金属液和大气接触吸气;合金原材料上的油污及水分在熔炼过程中产生气体;合金液在浇注的过程中吸入空气,且与铸型反应产生气体。镁金属的密度约为1.74x1031.74x10 k咖,,是铝金属的1/3。因此,金属液充型的压力相当低。这既有一定的优势,但更主要的是缺点。为了让型腔中的气体(包括浇注过程中泥芯及型砂产生的气哟自由排出到大气中,型砂必须有良好的透气性。这些气体将通过压力最低的途径排出。如果砂型透气性差,则产生的气体向液体或半液体状态的金属侵入而产生气孔缺陷。为了提高透气性,要求型砂有一定的粒度,且应该在铸型的上、下型扎排气孔,铸型要及时浇注,存放的时间不可过长防止吸潮。泥芯的非工作表面要扎足够数量的排气孔,对于比较大的泥芯内腔可以填充焦炭,增加排气效果,这些焦碳最好烘干。

    以上介绍的几种常见缺陷,形成原因也只是初步分析,解决措施还应结合具体实际情况分别制订,这样才能真正提高镁合金铸件的生产质量。

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