一种镁合金薄壁件制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种镁合金薄壁件制备方法，该制备方法包括：对浇注腔体进行抽真空，并且在所述浇注腔体中熔化镁合金锭；待镁合金锭熔化后，通入预定保护气体；向镁合金熔化液中二次添加镁合金锭，待完全熔化后，使熔体的温度达到第一预定温度；在熔体中加入预定变质剂等并搅拌；对薄壁件的石膏型进行预热；将所述石膏型送入浇铸空间；利用所获得的熔体对所述石膏型进行浇注；对所述石膏型内的熔体进行加压凝固。本发明的方法使镁合金在真空条件下熔炼，在注入保护气体的条件下熔化并浇注，并在加压条件下在保护气体氛围中进行加压凝固，适于生产复杂和薄壁的镁合金铸件，所生产的产品组织致密，性能良好，易于推广应用。
【专利说明】
一种镁合金薄壁件制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种合金材料制备领域，尤其涉及一种镁合金薄壁件制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金因具有比重轻(与塑料相近)、比强度高、比刚度接近于铝合金、阻尼性、导热性、切削加工性、铸造性能好，电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、资源丰富、容易回收等一系列优点，在汽车工业、通讯电子和航空航天等领域有着广泛的应用空间。近年来，随着汽车行业的轻量化，环保化需求以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步，促进了镁合金的快速发展。由于镁合金熔体活性高、比热容小、凝固区间大等，铸造过程中很容易产生夹杂、冷隔等铸造缺陷，因而难以铸造复杂薄壁的镁合金铸件。
[0003]压铸是目前最普遍的镁合金成形工艺，90%以上的镁合金铸件都是压铸件，但压铸只能成形尺寸较小、结构简单的铸件，并且由于气孔的存在，铸件不能进行热处理或焊接，也不能进行比较深的机加工。
[0004]目前，还有一种利用石膏型的浇注技术。如果将该技术应用于镁合金铸造，其主要困难在于熔炼时镁合金夹杂多、采用真空浇注增压凝固技术浇注时破真空很容易导致镁合金表面氧化。
[0005]因此，目前的镁合金铸造技术尚不完善，人们需要有一种能够适用于工业化生产，并且能够防止镁合金燃烧及氧化夹杂的制备方法。
【发明内容】
[0006]本发明旨在提供一种镁合金薄壁件制备方法，以克服现有技术中由于镁合金在浇注过程容易发生燃烧或氧化、吸气而导致镁合金复杂薄壁件难以成形及夹杂、气孔较多的技术问题。本发明的镁合金薄壁件制备方法尤其适合用在复杂的薄壁件制备中。
[0007]具体而言，本发明提供一种镁合金薄壁件制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤，
[0008]步骤1、对浇注腔体进行抽真空使其达到第一预定真空度，在所述浇注腔体中熔化镁合金锭；
[0009]步骤2、待镁合金锭熔化后，通入预定保护气体，使环境达到第二预定真空度；
[0010]步骤3、向镁合金熔体中二次添加镁合金锭，待完全熔化后，使熔体的温度达到第一预定温度；
[0011]步骤4、在所述熔体中依次加入预定中间合金和变质剂并搅拌；
[0012]步骤5、对薄壁件的石膏型进行预热；
[0013]步骤6、将所述石膏型送入浇铸空间；
[0014]步骤7、利用所获得的熔体对所述石膏型进行浇注；
[0015]步骤8、在凝固腔体中以第三预定真空度对所述石膏型内的熔体进行加压凝固。
[0016]进一步地，所述第一预定真空度为5-10Pa，第二预定真空度为10_15Pa。
[0017]进一步地，在所述步骤3中，使熔体达到的第一预定温度为700°C?750°C，并且，在达到第一预定温度之后，加入中间合金和变质剂，并进行搅拌，转速在100-200转/分，时间5-10mino
[0018]进一步地，在所述步骤5中所采用的预热温度为200°C?400°C。
[0019]进一步地，所述步骤8包括将所述浇注模具送入凝固腔体，在所述凝固腔体中进行加压凝固，所述凝固腔体的压力维持在400-500Pa，保压时间10-15分钟。
[0020]进一步地，所述浇注腔体与所述凝固腔体彼此相邻，并且相邻侧壁上设有可封闭的输送窗口。
[0021 ]进一步地，所述输送窗口两侧分别设置第一滑道和第二滑道，所述第二滑道水平放置，所述第一滑道与所述第二滑道一端对齐，另一端向下倾斜。
[0022]本发明方法的步骤2中在镁合金锭熔化后通入0.3-1%六氟化硫和99-99.7%二氧化碳气混合气体，并调节真空度达到10_15Pa。
[0023](三)有益效果
[0024]本发明所提供的镁合金薄壁件制备方法具有如下优点:
[0025]—、通过在镁合金熔化制备时维持较低真空度，防止了镁合金熔炼过程中燃烧、氧化、吸气等，避免了铸件夹渣和气孔等缺陷，同时，确保在接近真空环境下对石膏型进行浇注，便于镁合金液充型，利于复杂薄壁件成形，提高铸件的表面质量及内部组织结构。
[0026]二、通过新型保护气体的注入，防止镁合金破真空时表面氧化、燃烧等，通过对石膏型内的镁液表面施加压力，促使镁合金熔液加速补缩，既能防止铸件产生缩松缺陷，使合金组织致密，又能防止铸件表面氧化、燃烧，从而有利于薄壁件的成形。
[0027]三、本发明的方法通过对熔炼和浇注环境的改善，以及浇注和冷却过程之间的无缝衔接，使得所生产出的复杂和薄壁的镁合金铸件，表面质量较高，内部基本无夹渣、缩松、冷隔等缺陷，并且组织致密，性能良好，满足各种生产要求;本发明的方法易于推广，适合镁合金复杂薄壁件小规模化生产，铸件成品率较高。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的镁合金薄壁件制备方法的流程示意图；
[0029]图2为用于执行本发明的方法的设备的结构示意图；
[0030]图3为图2中B部分的放大视图；
[0031]图4为图2中A部分的放大视图。
[0032]图5为常规重力浇注石膏型铸件经T6处理后显微组织。
[0033]图6为本发明镁合金薄壁件一体化制备成形铸件经T6处理后显微组织。
【具体实施方式】
[0034]下面结合说明书附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0035]如图1所示，本发明的方法主要包括以下八个步骤:
[0036](一)材料准备及抽真空。
[0037]首先，在进行复杂薄壁件的制备之前，需要制备镁合金熔体。将镁合金锭或者镁锭切块放入浇注腔体的熔化炉中，本发明为了避免镁合金的氧化燃烧，在保证浇注腔体密封的情况下，先进行抽真空，可以通过浇注腔体上的抽真空管道对浇注腔体抽真空，抽真空是为了使后续制备过程中的镁合金熔液与空气完全隔离，可避免镁合金熔液与氧发生燃烧。抽真空时，真空度达到5-10Pa。
[0038](二)熔化镁合金锭并充入保护气体。
[0039]然后，当真空度达到要求之后，通电开始熔化镁合金锭，随着镁锭的熔化，通入少量保护气体，在本发明中，所采用的保护气体为0.3-1 %六氟化硫和99-99.7 % 二氧化碳气混合气体，通入保护气体后，使真空度维持在10_15Pa。
[0040](三)加入第二批镁合金锭并熔化
[0041]接下来，通过浇铸腔体内的加料装置进一步加入第二批镁锭，使镁锭完全熔化。
[0042](四)加入第二批镁合金锭并熔化
[0043]控制加热温度，当温度到达700 °C?750°C时，分别加入Mg-Nd等中间合金和C2Cl6变质剂，进行搅拌，转速在100-200转/分，时间5-10min。
[0044](五)对薄壁件的石膏型进行预热
[0045]在准备镁合金熔体的同时，在浇注腔体之外的另一空间(比如，在本实施例中，在凝固腔体)中进行石膏型的预热。在本实施例中，将石膏型预热到200 0C?400 0C等待浇注。
[0046](六)将石膏型送入浇铸空间
[0047]本发明的方法是在相连通的浇注腔体和凝固腔体中完成的。石膏型在凝固腔体中预热，而预热好的石膏型要送到浇注腔体中浇注。具体而言，在对石膏型预热完成后，通过凝固腔体的入口将石膏型送入凝固腔体，在其中对石膏型进行预热，同时，对凝固腔体进行抽真空，以保证浇注腔体和凝固腔体之间气压和气体成分的一致性。当预热完成后，将石膏型通过浇注腔体和凝固腔体之间的输送窗输送至浇注腔体内。
[0048]然后，封闭浇注腔体和凝固腔体之间的气体联通，进而保证后续的浇注在稳定的气体氛围中进行。
[0049](七)进行模具浇注
[0050]通过使熔炼炉倾斜的方式或者其他方式，将熔炼炉内的熔体逐渐倒入到石膏型，SP，石膏型中完成浇注。在浇注时，左右移动石膏型以保证浇注的均匀性。
[0051](八)对石膏型内的熔体进行加压凝固
[0052]在浇注结束后，将浇注好的石膏型推回到凝固腔体中，将0.3-1 %六氟化硫和99-99.7%二氧化碳气的混合气体注入到凝固腔体中，防止镁合金破真空时表面氧化、燃烧等，压力升至400-500Pa，保压时间10-15分钟。待凝固结束后，泄压到大气压，开启凝固腔体的输送口，取出石膏型。通过对石膏型镁液表面施加压力，促使镁合金熔液加速补缩，既能防止铸件产生缩松缺陷，使合金组织致密，又能防止铸件表面氧化、燃烧，从而提高镁合金薄壁件表面和内在质量。
[0053]本发明的方法中，保护气体采用0.3-1%六氟化硫和99-99.7%二氧化碳气的混合气体，其中比重较大的六氟化硫可以浮在镁合金熔液上面，与镁合金熔液发生反应，在镁合金熔液表面生成防护作用的表面膜，该表面膜致密度大，能够阻止镁合金熔液的蒸发。本申请的发明人发现，采用上述配比的混合气体作为保护气体，所制备镁合金件，致密度更高。
[0054]本发明采用真空环境下进行镁合金锭进行熔化，并且事先在加料搅拌器上放置好二次加入的镁合金锭，从而保证了镁合金熔炼过程中最少量的掺杂，保证了薄壁件的质量。
[0055]本发明通过镁合金熔炼后即刻浇注，减少熔体温降，避免石膏型“憋气”，提高了镁合金熔体流动性，以克服石膏型内因铸件的结构复杂而产生较大的阻力，这样既能阻止铸件产生冷隔，又能防止铸件形成氧化夹渣、气孔等缺陷，从而有利于薄壁件的成形。
[0056]本发明将浇注和凝固两个环节巧妙地衔接在了一起，既方便了石膏型的送入又保证了在送入石膏型时的真空状态，并且浇注完成后可以方便地注入保护气体对产品进行加压保压，制备过程一气呵成，使产品的性能更加优异。并且重复浇注、凝固的步骤即可实现连续生产，适合用于工业化制备。
[0057]图2为用于实现本发明的方法的设备的结构示意图。如图2所示，设备包括浇注腔体I和凝固腔体6。浇注腔体I与凝固腔体6并排紧贴放置，二者相邻侧壁上设有输送窗口，输送窗口密封机构密封。浇注腔体I包括:密封盖板2、加料桶3、加料-搅拌器4、第一观察窗5、浇注腔体I的内部设置坩祸倾转机构17、水口 18、熔炼炉19、坩祸20、第一石膏型推拉气缸21、石膏型22以及第一滑道23，优选地加料-搅拌器4的搅拌叶片上具有用于承载镁合金锭的承载部，可以实现二次加料。
[0058]保护气氛凝固腔体6内置有第二观察窗7、压力控制装置8、第二密封圈9、铰接门10、第二石膏型推拉气缸11、第二滑道12。石膏型22上两端分别设置有连接凹槽26，第一石膏型推拉气缸21和第二石膏型推拉气缸11前端设有连接小球。第一滑道23—端向下倾斜，当推拉气缸21向前伸出时，推动浇注模具向前移动；当气缸21退后时，依靠石膏型自身重力退后。当石膏型推入第二滑道12并且降下密封滑板25时，推拉气缸11伸出顶住石膏型使密封滑板25微移以实现输送窗口的密封。
[0059]密封机构包括第一密封圈24、密封滑板25、导杆27、升降气缸13以及导套28，升降气缸13、导套28和导杆27各2个，分别置于密封滑板25两侧，密封滑板25在两侧升降气缸13的带动下依靠两侧导杆27上下运动，升降气缸13与密封滑板25之间用导套28连接，两个导杆27在与石膏型输送窗口对应的位置处具有与密封滑板25尺寸匹配的凹槽，依靠导杆27的这种结构设计使得密封滑板25下滑到正对石膏型输送窗口位置后，通过第二石膏型推拉气缸12的推动可实现向左微移(图中左侧)，实现密封。在需要保持密封时，密封滑板25下滑到正对输送窗口位置，开启第二石膏型推拉气缸11推动石膏型22顶紧密封滑板25与密封圈24紧密接触实现密封，在需要开启输送窗口时，通过升降气缸13带动密封滑板25向上移动，进而允许石膏型22通过。
[0060]图5-6示出了本发明的方法所制备出的产品经T6处理后显微组织与常规重力铸造相比的对比图，从图中可以看出，本发明方法所制备出的产品的内部杂质明显减少。
[0061]虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种镁合金薄壁件制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤， 步骤1、对浇注腔体进行抽真空使其达到第一预定真空度，在所述浇注腔体中熔化镁合金锭； 步骤2、待镁合金锭熔化后，通入预定保护气体，使环境达到第二预定真空度； 步骤3、向镁合金熔体中二次添加镁合金锭，待完全熔化后，使熔体的温度达到第一预定温度； 步骤4、在所述熔体中依次加入预定中间合金和变质剂并搅拌； 步骤5、对薄壁件的石膏型进行预热； 步骤6、将所述石膏型送入浇铸空间； 步骤7、利用所获得的熔体对所述石膏型进行浇注； 步骤8、在凝固腔体中以第三预定真空度对所述石膏型内的熔体进行加压凝固。2.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于，所述第一预定真空度为5-10?&，第二预定真空度为10-15卩&。3.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，使熔体达到的第一预定温度为700V?750°C，并且，在达到第一预定温度之后，加入中间合金和变质剂，并进行搅拌，转速在100-200转/分，时间5-10min。4.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于，在所述步骤5中所采用的预热温度为200 °C?400 °C。5.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于， 所述步骤8包括将所述浇注模具送入凝固腔体，在所述凝固腔体中进行加压凝固，所述凝固腔体的压力维持在400-500Pa，保压时间10_15分钟。6.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于， 所述浇注腔体与所述凝固腔体彼此相邻，并且相邻侧壁上设有可封闭的输送窗口。7.根据权利要求6所述的镁合金薄壁件制备方法，其特征在于， 所述输送窗口两侧分别设置第一滑道和第二滑道，所述第二滑道水平放置，所述第一滑道与所述第二滑道一端对齐，另一端向下倾斜。
【文档编号】B22D21/04GK105921720SQ201610338437
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】刘宝忠, 王狂飞, 范燕平, 张宝庆, 尚显光
【申请人】河南理工大学