一种高强耐热镁合金熔炼方法及熔炼结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及合金材料制作技术领域，尤其是一种高强耐热镁合金熔炼方法及熔炼结构，通过对镁锭熔化处理后，在对镁?稀土中间合金与镁?锆中间合金进行分开加入，并对镁?稀土中间合金在温度为780?800℃下进行分批加入，使得中间合金的流动性增加；并结合在添加过程中搅拌，使得熔炼炉中的合金熔体能够实现对流扩散、涡流扩散以及原子扩散等的结合，确保了合金元素的均匀分布和混合；并结合溶剂的加入，使得溶剂能够充分的接触，提高除渣的效果。
【专利说明】
一种高强耐热镁合金熔炼方法及熔炼结构
技术领域
[0001]本发明涉及合金材料制作技术领域，尤其是一种高强耐热镁合金熔炼方法及熔炼结构。
【背景技术】
[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优良的铸造性能和机械加工性能，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。其在航空航天、电子和汽车领域有着广泛的应用前景。
[0003]传统的镁合金作为结构件材料还存在着弹性模量较低、高温强度低等问题;为此，现有技术中出现了高强耐热镁合金，该材料是通过添加稀土元素，使得其带来的细晶强化、弥散强化、固溶强化等作用，使得镁合金在保持原有高比强度、比刚度的同时，其高温强度和抗蠕变性能都得到很大提高。
[0004]虽然稀土元素的添加，使得镁合金的品质得到了改善，但是，其在改善镁合金综合性能的同时，也带来了众多的问题，如稀土元素的加入，增加了合金熔体的粘度，使得传统的镁合金熔炼方法难以使得合金化元素的分布均匀;再如在精炼过程中，传统采用的是捞底搅拌，使得无法实现溶剂与夹渣的充分接触，导致极易出现氧化以及溶剂夹渣;再如稀土元素极易烧损、氧化，造成夹渣，使得单纯的溶剂精炼无法达到理想的精炼效果;鉴于此，传统的镁合金熔炼方法容易导致合金稀土元素烧损、分布不均匀、熔体净化效果不理想等问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种高强耐热镁合金熔炼方法及熔炼结构。
[0006]具体是通过以下技术方案得以实现的:
[0007]提供一种高强耐热镁合金，原料成分以质量百分数计为镁-稀土中间合金，以稀土计为9.3-10.5%；镁-锆中间合金，以锆计为0.5%,其余为镁锭。
[0008]除此之外，本发明还提供一种高强耐热镁合金熔炼方法，将高强耐热镁合金的原料预热，保温;再将熔炼炉预热，加入镁锭，升温使得镁锭熔化;再升温，加入镁-稀土中间合金，并在加入镁-稀土中间合金的过程中，对镁-稀土中间合金分批加入，并在加入过程中，按照加入一批保温处理至熔化一次后，再升温加入下一批的方式进行加入，直至镁-稀土中间合金加入完成后，再调节熔体的温度，并加入镁-锆中间合金，使得完全熔化后，搅拌均匀，按照10-1000g/min的速度加入溶剂，精炼处理l-60min;除去表面熔渣层后，再撒下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却浇注;具体的是包括以下步骤:
[0009](I)将高强耐热镁合金的原料预热处理至300-400°C，再将其保温处理3_5h;
[0010](2)再将熔炼炉预热处理至温度为400-600°C，加入镁锭，升温使得镁锭熔化；
[0011](3)将步骤(2)处理得到的物料升温处理至780-800°C，加入第一批镁-稀土中间合金，升温处理至熔化完成后，调整物料温度为780-800 V后，再加入第二批镁-稀土中间合金，如此循环交替进行，直至镁-稀土中间合金加入完成后，得到熔体；
[0012](4)将步骤(3)中的熔体温度调整为790-810 °C后，加入镁-锆中间体合金，升温使得完全熔化后，搅拌处理l_5min;再按照10-1000g/min的速度加入溶剂，控制温度为800-8200C，精炼处理l_60min;除去表面熔渣层后，再撒下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却浇注。
[0013]为了能够使得本发明的上述熔炼方法的效果更好，本发明还提供了一种熔炼结构，由气体供应器，动力源，转子，盖板，导流筒，熔炼炉，叶轮，溶剂供应器组成，其中气体供应器与动力源尾部通过供气管连通;动力源的前端与转子相连接;转子的另外一端与叶轮相连接，并且延伸到导流筒中；供气管从动力源尾部延伸，并从转子的中心穿过，与叶轮进行活动链接;溶剂供应器的出口端延伸至熔炼炉中，并靠近盖板处设置;导流筒设置在熔炼炉中，盖板盖在熔炼炉的顶端。
[0014]与现有技术相比，其技术效果体现在:
[0015]通过对高强耐热镁合金的原料成分以及含量进行界定，获得各项综合性能均较优的高强度耐热镁合金，使得其高比强度、比刚度、高温强度、抗蠕变性能均较优。
[0016]通过对镁锭熔化处理后，在对镁-稀土中间合金与镁-锆中间合金进行分开加入，并对镁-稀土中间合金在温度为780-800°C下进行分批加入，使得中间合金的流动性增加；并结合在添加过程中搅拌，使得熔炼炉中的合金熔体能够实现对流扩散、涡流扩散以及原子扩散等的结合，确保了合金元素的均匀分布和混合;并结合溶剂的加入，使得溶剂能够充分的接触，提高除渣的效果。
[0017]尤其是本发明中采用的熔炼结构，并对熔炼结构的设置，使得采用该熔炼结构来进行镁合金材料的熔炼处理时，其能够使得在叶轮搅拌的过程中，使得叶轮与导流筒相互作用，进而完全实现熔炼炉中的金属熔体自上而下形成对流扩散和涡流扩散，在金属熔体内部实现原子扩散，避免元素分布不均匀的缺陷；而且结合气管从转子中心出来，并经过叶轮通入导流筒，实现气体与熔体的充分接触，提高除气除渣的效果;并且经过盖板的作用，使得气体在盖板的阻隔作用下，在合金液的上方沉积，避免了与空气的接触，防止氧化出现。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的熔炼结构的整体结构示意图。
[0019]1-气体供应器2-动力源3-转子4-盖板5-导流筒6_溶剂供应器7_供气管8_熔炼炉9-叶轮10-气体分子11-熔炼液。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
[0021 ]高强耐热镁合金，原料成分以质量百分数计为镁-稀土中间合金，以稀土计为9.3-10.5%；镁-锆中间合金，以锆计为0.5%,其余为镁锭。
[0022]在某些实施例中，镁-稀土中间合金，以稀土计为10.5%为最优。
[0023]在某些实施例中，镁-稀土中间合金为]\^-6(1、]\^-￥、]\^-則、]\^-06、]\%-1^、]\^-?1.、Mg-Gd中的一种。
[0024]在某些实施例中，镁-稀土中间合金为]\^-6(1、]\^-￥、]\^-則、]\^-06、]\%-1^、]\^-?1.、Mg-Gd的至少两种的任意比混合。
[0025]在某些实施例中，镁-稀土中间合金其具体的组成为Mg-Gd:Mg-Y:Mg-Nd = 5.6:3.4:1.5。
[0026]在某些实施例中，镁-稀土中间合金其具体的组成为Mg-Gd:Mg-Y:Mg-Nd =1.6:5.4:2.3。
[0027]在某些实施例中，上述的高强耐热镁合金熔炼方法，将高强耐热镁合金的原料预热，保温;再将熔炼炉预热，加入镁锭，升温使得镁锭熔化;再升温，加入镁-稀土中间合金，并在加入镁-稀土中间合金的过程中，对镁-稀土中间合金分批加入，并在加入过程中，按照加入一批保温处理至熔化一次后，再升温加入下一批的方式进行加入，直至镁-稀土中间合金加入完成后，再调节熔体的温度，并加入镁-锆中间合金，使得完全熔化后，搅拌均匀，按照10-1000g/min的速度加入溶剂，精炼处理l-60min;除去表面熔渣层后，再撒下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却饶注。
[0028]在某些实施例中，上述的高强耐热镁合金熔炼方法，具体包括以下步骤:
[0029](I)将高强耐热镁合金的原料预热处理至300-400°C，再将其保温处理3_5h;
[0030](2)再将熔炼炉预热处理至温度为400-600°C，加入镁锭，升温使得镁锭熔化；
[0031](3)将步骤(2)处理得到的物料升温处理至780-800°C，加入第一批镁-稀土中间合金，升温处理至熔化完成后，调整物料温度为780-800 V后，再加入第二批镁-稀土中间合金，如此循环交替进行，直至镁-稀土中间合金加入完成后，得到熔体；
[0032](4)将步骤(3)中的熔体温度调整为790-810 °C后，加入镁-锆中间体合金，升温使得完全熔化后，搅拌处理l_5min;再按照10-1000g/min的速度加入溶剂，控制温度为800-8200C，精炼处理l_60min;除去表面熔渣层后，再撒下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却浇注。
[0033]在某些实施例中，所述的镁-稀土中间合金为一种类型时，其是将其均分为多批后，再向其中加入;为两种或者两种类型以上时，是按照每一批加入一种镁-稀土中间合金的方式进行加入。
[0034]在某些实施例中，所述的镁-稀土中间合金，其在加入的过程中，还向其中通入气体，气体的流量为0.01-10L/min。
[0035]在某些实施例中，所述的气体为惰性气体，最优为氩气。
[0036]在某些实施例中，从加入镁-稀土中间合金开始，对其采用边搅拌边加入的方式进行处理，搅拌过程直至精炼完成，搅拌过程中的转速为10-300r/min。
[0037]在某些实施例中，所述的冷却浇注，其是采用氧化镁泡沫陶瓷过滤网进行过滤处理后，再将其浇注，并且氧化镁泡沫陶瓷过滤网孔径为10_20ppi。
[0038]在某些实施例中，在搅拌过程中，精炼过程的搅拌方向与其他过程的搅拌方向相反。
[0039]在某些实施例中，在搅拌的过程中，精炼过程的搅拌为顺时针方向搅拌，其他过程的搅拌为逆时针方向搅拌。
[0040]在某些实施例中，本发明还采用的熔炼结构来进行熔炼处理，其中熔炼结构为:由气体供应器I，动力源2，转子3，盖板4，导流筒5，熔炼炉8，叶轮9，溶剂供应器6组成，其中气体供应器I与动力源2尾部通过供气管7连通;动力源2的前端与转子3相连接;转子3的另外一端与叶轮9相连接，并且延伸到导流筒5中；供气管7从动力源2尾部延伸，并从转子3的中心穿过，与叶轮9进行活动链接;溶剂供应器6的出口端延伸至熔炼炉8中，并靠近盖板4处设置;导流筒5设置在熔炼炉8中，盖板4盖在熔炼炉8的顶端。
[0041]具体在某些实施例中采用上述的熔炼结构进行熔炼高强度耐热镁合金的过程中，其使用方法是:
[0042](I)将熔炼炉预热处理后，再将镁锭置于熔炼炉中熔炼成金属液体，再调整温度至一定数值后；
[0043](2)将转子3、叶轮9、导流筒5预热处理至上述温度数值范围后，再将导流筒5置于其中，并将转子3和叶轮9一同置于导流筒5中，开启动力源2，并开启气体供应器I，经过供气管7通入熔炼炉中，使得在熔炼炉8中进行搅拌的同时，气体从导流筒5中由下至上流动，实现从导流筒5中由下至上的对流扩散，并推动导流筒外的金属液体由上至下的对流扩散，使得在金属液体的表面形成涡流扩散，并且结合金属液体元素间的原子扩散，再将镁-稀土中间合金分批加入，并对转子进行逆时针方向搅拌处理，控制器一定的搅拌速度，并在加入镁-稀土中间合金的同时，将盖板4盖上，进而使得气体在熔炼炉8的金属液体表面沉积形成气体保护层，并且上述气体是采用惰性气体通入的，避免了金属液体的氧化，直至镁-稀土中间合金加入完成后，再加入镁-锆中间合金，待完全熔化后，搅拌均匀;具体在采用该冶炼结构进行冶炼处理的时候，其中的10代表的是气体分子的流向，11为熔炼的金属熔体，黑色的箭头代表的是对流扩散方向。
[0044](3)调整转子3的转向相反，并开启气体供应系统，设定溶剂供应器6，以一定的溶剂供应速度进行供应溶剂，精炼处理一定时间，再将其除渣、撤一层溶剂后，冷却浇注处理，即完成fe炼。
[0045]本发明采用的溶剂为RJ-5，其为连云港市竞生新材料有限公司。
[0046]在某些实施例中，其添加镁-稀土中间合金的方式是将镁稀土中间合金分为多批次后，按照每一次添加一批，直至添加完成，添加一批后，需要对温度进行回温调整，使得温度恒定在一定的温度范围值之内，进行镁-稀土中间合金的添加；如果镁-稀土合金为多种类型的混合，其添加过程中，按照每批添加一种类型的镁-稀土合金，或者将混合后的镁-稀土合金分为多批次后，再按照前述方法添加。
[0047]为了能够证明本发明的高强度耐热镁合金的品质以及本发明的熔炼方法以及对熔炼结构的应用情况的进一步的说明，本研究者提供一下试验操作步骤以及数据进行说明和解释:
[0048]以下试验例是制备GW63和WE54两种产品。
[0049]1、(I)GW63高强耐热镁合金原料配比Mg-Gd5.6%、Mg_Y3.4% ,Mg-Ndl.5%、Mg-Zr0.5%、余下的为镁锭。
[0050](2)熔炼方法:
[0051]a、根据合金成分比例准备原料，并将原料在40(TC预热处理，并保温2h;
[0052]b、将熔炼炉预热至500 V，加入镁锭，升温使得镁锭熔化，得镁锭熔体；
[0053]c、将镁锭熔体升温至780°C，再加入Mg-Gd中间合金锭，保温，使得其完全熔化；
[0054]d、将导流筒、叶轮、转子预热到与步骤c中的温度一致后，并将其插入到熔炼炉中，盖上盖板，开启气体供应器，调整好气体流量为1.5L/min，开启动力源，调整叶轮转动的转速为80r/min，转向为逆时针方向，搅拌Imin，关闭气体供应器以及动力源，得到熔体一；
[0055]e、调节溶体一的温度至790°C，加入Mg-Y中间合金，保温使得其完全熔化，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体二 ；
[0056]f、调节溶体二的温度回升至790°C，加入Mg-Nd中间合金，保温，待完全熔化后，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体三；
[0057]g、调节溶体三的温度回升至800°C，加入Mg-Zr中间合金，保温，待完全熔化后，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体四；
[0058]h、升温使得温度为810°C，开启气体供应器，调整好气体流量为2L/min，设定溶剂供应器供应溶剂的速率为120g/min，开启动力源，使得叶轮转动转速为100r/min，转向为顺时针方向，开启溶剂供应器，精炼处理1min，得到精炼液；
[0059]1、关闭动力源，关闭溶剂供应器，移除导流筒、转子、叶轮，除去表面的熔渣层，并均匀的撒一层溶剂，厚度为0.1-1cm左右，保温静置30min，再将其冷却浇注，完成熔炼；
[0060]检测GW63合金净化效果与常规的镁合金冶炼方法相比，其氢含量由常规方法的25.21111/1008降低到8.11111/1008，除气率约达67.9% ;试棒力学性能可稳定达到:室温下ob彡 320ΜΡ，δ5彡 3，20(TCTob>275MP。
[0061 ] 2、(I )WE54 高强度耐热镁合金的原料成分 Mg-Gdl.6 %、Mg_Y5.4 % ,Mg-Nd 2.3%,Mg-Zr0.5%、余量为镁锭。
[0062](2)熔炼方法为:
[0063]a、根据合金成分比例准备原料，并将原料在300°C预热处理，并保温4h;
[0064]b、将熔炼炉预热至500 V，加入镁锭，升温使得镁锭熔化，得镁锭熔体；
[0065]C、将镁锭熔体升温至780°C，再加入Mg-Gd中间合金锭，保温，使得其完全熔化；
[0066]d、将导流筒、叶轮、转子预热到与步骤c中的温度一致后，并将其插入到熔炼炉中，盖上盖板，开启气体供应器，调整好气体流量为2.0L/min，开启动力源，调整叶轮转动的转速为90r/min，转向为逆时针方向，搅拌2min，关闭气体供应器以及动力源，得到熔体一；
[0067]e、调节溶体一的温度至790°C，加入Mg-Y中间合金，保温使得其完全熔化，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体二 ；
[0068]f、调节溶体二的温度回升至790°C，加入Mg-Nd中间合金，保温，待完全熔化后，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体三；
[0069]g、调节溶体三的温度回升至800°C，加入Mg-Zr中间合金，保温，待完全熔化后，并重复步骤d的搅拌方式，进行搅拌均匀，得到熔体四；
[0070]h、升温使得温度为810°C，开启气体供应器，调整好气体流量为3L/min，设定溶剂供应器供应溶剂的速率为140g/min，开启动力源，使得叶轮转动转速为120r/min，转向为顺时针方向，开启溶剂供应器，精炼处理15min，得到精炼液；
[0071]1、关闭动力源，关闭溶剂供应器，移除导流筒、转子、叶轮，除去表面的熔渣层，并均匀的撤一层溶剂，厚度为0.1-1cm左右，保温静置30min，再将其冷却浇注，饶注过程中使用孔径为1ppi的氧化镁泡沫陶瓷过滤网对熔体进行过滤，完成熔炼；
[0072]检测:WE54合金净化效果与常规方法相比，氢含量由常规方法的32.7ml/100g降低到12.8ml/100g，除气率约达60.8%;试棒力学性能可稳定达到:室温下013彡280103，35彡4，200°C 下 ob 彡 230MP。
[0073]上述实施例仅仅只是对本发明的技术方案的具体操作进行解释性的说明，并非是对本发明技术方案的限定，在上述试验例中为体现出来的端点值，应当以【具体实施方式】中的数值端点结合
【发明内容】
中提到的数据端点值作为本发明技术方案的端点值，本领域技术人员在上述试验列的基础上得出的不具有突出的实质性特征和显著进步的改进，均属于本发明的保护范畴。
【主权项】
1.一种高强耐热镁合金，其特征在于，原料成分以质量百分数计为镁-稀土中间合金，以稀土计为9.3-10.5% ;镁-错中间合金，以错计为0.5%，其余为镁锭。2.如权利要求1所述的高强耐热镁合金，其特征在于，所述的镁-稀土中间合金为Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Ce、Mg-La、Mg-Pr、Mg-Gd 中的一种或多种。3.一种高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，将高强耐热镁合金的原料预热，保温；再将熔炼炉预热，加入镁锭，升温使得镁锭熔化;再升温，加入镁-稀土中间合金，并在加入镁-稀土中间合金的过程中，对镁-稀土中间合金分批加入，并在加入过程中，按照加入一批保温处理至熔化一次后，再升温加入下一批的方式进行加入，直至镁-稀土中间合金加入完成后，再调节熔体的温度，并加入镁-锆中间合金，使得完全熔化后，搅拌均匀，按照10-1000g/min的速度加入溶剂，精炼处理l-60min;除去表面熔渣层后，再撤下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却饶注。4.如权利要求3所述的高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，所述的熔炼方法，具体包括以下步骤: (1)将高强耐热镁合金的原料预热处理至300-400V，再将其保温处理3-5h; (2)再将熔炼炉预热处理至温度为400-6000C，加入镁锭，升温使得镁锭熔化； (3)将步骤(2)处理得到的物料升温处理至780-800°C，加入第一批镁-稀土中间合金，升温处理至熔化完成后，调整物料温度为780-800 V后，再加入第二批镁-稀土中间合金，如此循环交替进行，直至镁-稀土中间合金加入完成后，得到熔体； (4)将步骤(3)中的熔体温度调整为790-810°C后，加入镁-锆中间体合金，升温使得完全熔化后，搅拌处理l_5min;再按照10-1000g/min的速度加入溶剂，控制温度为800-820°C，精炼处理l-60min;除去表面熔渣层后，再撒下一层溶剂覆盖0.1-1cm厚后，保温静置，冷却浇注。5.如权利要求3或4所述的高强耐热镁合金熔炼方法。其特征在于，所述的镁-稀土中间合金为一种类型时，其是将其均分为多批后，再向其中加入;为两种或者两种类型以上时，是按照每一批加入一种镁-稀土中间合金的方式进行加入。6.如权利要求3或4所述的高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，所述的镁-稀土中间合金，其在加入的过程中，还向其中通入气体，气体的流量为0.01-10L/min。7.如权利要求6所述的高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，所述的气体为氩气。8.如权利要求3或4所述的高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，所述的熔炼方法，从加入镁-稀土中间合金开始，对其采用边搅拌边加入的方式进行处理，搅拌过程直至精炼完成，搅拌过程中的转速为10-300r/min。9.如权利要求3或4所述的高强耐热镁合金熔炼方法，其特征在于，所述的冷却浇注，其是采用氧化镁泡沫陶瓷过滤网进行过滤处理后，再将其浇注，并且氧化镁泡沫陶瓷过滤网孔径为10-20ppi。10.—种熔炼结构，其特征在于，由气体供应器(I)，动力源(2)，转子(3)，盖板(4)，导流筒(5)，熔炼炉(8)，叶轮(9)，溶剂供应器(6)组成，其中气体供应器(I)与动力源(2)尾部通过供气管(7)连通;动力源(2)的前端与转子(3)相连接;转子(3)的另外一端与叶轮(9)相连接，并且延伸到导流筒(5)中；供气管(7)从动力源(2)尾部延伸，并从转子(3)的中心穿过，与叶轮(9)进行活动链接;溶剂供应器(6)的出口端延伸至熔炼炉(8)中，并靠近盖板(4)处设置;导流筒(5)设置在熔炼炉(8)中，盖板(4)盖在熔炼炉(8)的顶端。
【文档编号】C22C23/06GK105886809SQ201610301346
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】李翔光
【申请人】贵州航天风华精密设备有限公司