AQ80M镁合金大锭坯电磁半连续铸造工艺的制作方法

本发明属于镁合金铸造技术领域，涉及一种aq80m镁合金大锭坯电磁半连续铸造工艺。

背景技术：

镁合金因其具有低的密度、高的比强度和比刚度、良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能、以及优良的切削加工性能，而在航空航天、交通运输及3c领域受到越来越多的关注和应用，并且镁合金是目前最轻的可用金属结构材料。特别是mg-al-zn系镁合金因其较低的成本和良好的室温力学性能已经在一些领域获得了广泛的应用，然而当其服役温度超过120℃时，其力学性能大幅降低，因此限制了其使用范围。为了改善其高温力学性能，通过添加适量的ag和re元素开发了一种新的aq80m中强耐热镁合金。

大直径的优质镁合金铸锭是获得大尺寸结构件的首要前提，特别是对航空航天和国防领域的减重要求具有重要的应用价值。目前，镁合金主要采用传统半连续铸造技术生产锭坯，然而通过该传统工艺获得表面无裂纹冷隔、组织均匀细小且无明显宏观偏析的大尺寸合金锭坯具有一定的难度。本发明针对这一系列问题，通过引入一低频电磁场，对熔体的温度场、浓度场等产生影响，由于电磁振动搅拌的作用，破碎凝固形核质点从而增加形核率，最终获得符合要求的高质量aq80m镁合金大锭坯，为后续的加工处理奠定良好的基础。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种生产高品质的大直径aq80m镁合金锭坯的电磁半连续铸造工艺，其原理是在结晶器中配置励磁线圈组从而对结晶器中熔体施加电磁振动，以达到搅拌熔体、增加结晶形核点、抑制宏观偏析等目的。

本发明中的aq80m镁合金的质量百分比成分为：al7.5-9.0%、ag0.02-0.80%、zn0.35-0.55%、mn0.05-0.30%、re0.01-0.10%、ca0.001-0.020%、fe≤0.02%、si≤0.05%、cu≤0.02%、ni≤0.001%，其余为mg。

本发明所提供的一种aq80m镁合金大锭坯电磁半连续铸造工艺，其特征在于包括以下步骤：

1.在熔炼炉内依次投入高纯镁铝锌锭、mncl2颗粒、mg-re中间合金、mg-ca中间合金和高纯银，熔化温度控制在650-800℃，每次投料时通入氩气进行搅拌，并适量撒入覆盖剂防止氧化保护熔体。

2.待投料全部熔化后对熔体液面进行扒渣，再向熔体底部通入氩气进行搅拌精炼，精炼时间为5-20min；氩气搅拌可以达到除气除渣的作用，充分搅拌有利于溶质原子在熔体中均匀分布，减少铸锭的宏观偏析。

3.精炼结束后进行炉前取样成分分析，若成分合格，则开始降温静置，降温至670-690℃，保温1-3h；若不合格，重新补料，再重复步骤b和c。

4.铸造过程：利用虹吸法将炉内熔体压入电磁结晶器中的分流盘内，并流入结晶器内套和下方拉锭头构成的空间内，同时打开结晶器上端面的保护气环为熔体液面提供sf6+co2混合气体保护；待拉锭头上方熔体凝固结晶且液面距离结晶器上端面垂直高度为40-80mm时，启动结晶器内电磁线圈同时开动铸造机进行垂直拉锭，稳定浇铸时炉内温度为670-690℃，分流盘内熔体温度为645-665℃，拉锭速度为15-50mm/min，结晶器施加的电磁频率为10-20hz，低频电流为100-120ma；直流电压90-100v，直流电流25-30a。

作为优选，本发明所述的电磁半连续铸造采用的覆盖剂为2#熔剂。

作为优选，本发明所述的电磁半连续铸造稳定拉锭速度为：铸锭直径φ300-400mm的拉锭速度为34-38mm/min；铸锭直径φ400-500mm的拉锭速度为28-34mm/min；铸锭直径φ500-650mm的拉锭速度为20-28mm/min。

进一步优选，本发明所述的电磁半连续铸造采用的冷却水流量为：铸锭直径φ300-400mm，冷却水流量25-30m³/h；铸锭直径φ400-500mm，冷却水流量30-36m³/h；锭直径φ500-650mm，冷却水流量36-42m³/h。

电磁频率、低频电流、直流电压和直流电流的范围调控和合理搭配是本发明的关键所在。若它们低于本发明的设定值，则搅拌强度不够，不利于降低熔体的温度梯度，未发挥电磁搅拌的理想效果。反之，则搅拌强度过大，可能使熔体液面波动剧烈而导致液面氧化保护层破裂；更严重的会将表面氧化物搅入熔体中，从而残留在铸锭中成为杂质或缺陷。

本发明中针对的aq80m镁合金，因其在熔炼过程中添加了适量的单质银，可以达到提高熔体流动性、降低合金熔点的效果。因此，电磁搅拌的引入有助于结晶器内熔体的对流、合金元素的均匀分布及形核率的提高，从而获得表面光洁、成分稳定均匀、微观组织均匀细小的aq80m镁合金大锭坯。

附图说明

图1为本发明的电磁半连续铸造工艺制备的直径φ450mm的aq80m镁合金锭坯图。

图2为本发明电磁半连续铸造和传统立式半连续铸造工艺制备的直径φ450mm的aq80m镁合金锭坯的组织对比图。

图3为本发明的电磁半连续铸造工艺制备的直径φ615mm的aq80m镁合金锭坯图。

具体实施方式

实施例1

以aq80m(mg-8.2al-0.2ag-0.4zn-0.2mn-0.1re-0.02ca)镁合金φ450mm锭坯电磁半连续铸造为例对本发明进行详细阐述。

a.在熔炼炉内依次投入高纯镁铝锌锭、mncl2颗粒、mg-re中间合金、mg-ca中间合金和高纯银，熔化温度控制在660-790℃，化料过程中通入氩气搅拌同时撒入2#熔剂防止氧化保护熔体；

b.待投料全部熔化后对熔体液面进行扒渣，再通入氩气进行搅拌精炼，精炼时间为10min；

c.降温静置，熔体温度降至690℃，再保温1h；

d.铸造过程：将熔体压入分流盘内，并流入结晶器内套和下方拉锭头构成的空间内，同时打开结晶器上端面的保护气环。待拉锭头上方熔体凝固结晶且液面距离结晶器上端面垂直高度50mm时，启动结晶器内电磁线圈同时开动铸造机进行垂直拉锭。稳定拉锭速度为32mm/min，炉内温度控制682-688℃，分流盘内熔体温度为648-653℃，结晶器施加的电磁频率为20hz，低频电流为120ma；直流电压93v，直流电流28a；冷却水流量34m³/h。

图1为本发明电磁半连续铸造工艺制备的直径φ450mm的aq80m镁合金锭坯宏观图，锭坯表面光洁、无裂纹冷隔。图2(a)-(c)为本发明电磁半连续铸造工艺制备的直径φ450mm的aq80m镁合金锭坯从边部到心部的组织演变，图2(d)-(f)为传统立式半连续铸造工艺制备的直径φ450mm的aq80m镁合金锭坯从边部到心部的组织演变，可知通过电磁搅拌作用可以获得更加均匀细小的合金组织。

实施例2

以aq80m(mg-8.0al-0.3ag-0.4zn-0.2mn-0.1re-0.02ca)镁合金φ340mm锭坯电磁半连续铸造为例对本发明进行详细阐述。

a.在熔炼炉内依次投入高纯镁铝锌锭、mncl2颗粒、mg-re中间合金、mg-ca中间合金和高纯银，熔化温度控制在665-790℃，化料过程中通入氩气搅拌同时撒入2#熔剂防止氧化保护熔体；

b.待投料全部熔化后对熔体液面进行扒渣，再通入氩气进行搅拌精炼，精炼时间为10min；

c.降温静置，熔体温度降至685℃，再保温1h；

d.铸造过程：将熔体压入分流盘内，并流入结晶器内套和下方拉锭头构成的空间内，同时打开结晶器上端面的保护气环。待拉锭头上方熔体凝固结晶且液面距离结晶器上端面垂直高度65mm时，启动结晶器内电磁线圈同时开动铸造机进行垂直拉锭。稳定拉锭速度为36mm/min，炉内温度控制680-685℃，分流盘内熔体温度为646-650℃，结晶器施加的电磁频率为15hz，低频电流为110ma；直流电压100v，直流电流30a；冷却水流量26m³/h。

实施例3

以aq80m(mg-7.9al-0.2ag-0.4zn-0.1mn-0.08re-0.02ca)镁合金φ615mm锭坯电磁半连续铸造为例对本发明进行详细阐述。

a.在熔炼炉内依次投入高纯镁铝锌锭、mncl2颗粒、mg-re中间合金、mg-ca中间合金和高纯银，熔化温度控制在670-792℃，化料过程中通入氩气搅拌同时撒入2#熔剂防止氧化保护熔体；

b.待投料全部熔化后对熔体液面进行扒渣，再通入氩气进行搅拌精炼，精炼时间为12min；

c.降温静置，熔体温度降至690℃，再保温1.5h；

d.铸造过程：将熔体压入分流盘内，并流入结晶器内套和下方拉锭头构成的空间内，同时打开结晶器上端面的保护气环。待拉锭头上方熔体凝固结晶且液面距离结晶器上端面垂直高度42mm时，启动结晶器内电磁线圈同时开动铸造机进行垂直拉锭。稳定拉锭速度为21mm/min，炉内温度控制685-690℃，分流盘内熔体温度为658-662℃，结晶器施加的电磁频率为20hz，低频电流为120ma；直流电压95v，直流电流28a；冷却水流量40m³/h。

图3为本发明立式电磁半连续铸造工艺制备的直径φ615mm的aq80m镁合金锭坯宏观图。