专利名称：超大规格高强耐热镁合金锭坯半连续铸造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁合金的铸造领域，特别涉及一种超大规格新型高强耐热镁合金锭坯 半连续铸造工艺。
背景技术：
镁合金是目前最轻的可用金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、良好的抗磁 性、高的电负性和导热性，以及具有良好的减震性和切削加工性能。随着航空、航天、信息电 子、交通运输等工业对高强轻质材料的需求大量增加，镁合金的应用范围越来越广。镁合金熔炼和铸造工艺直接对镁合金锭坯产生重要影响，其锭坯质量的好坏对后 续成形加工及性能又有着重要的遗传影响。传统的半连续铸造方法只能铸造普通镁合金锭 坯，且铸出的超大直径锭坯(直径305-450mm)其内部常存在有较多的夹杂物，且容易出现 晶粒粗大、组织疏松、表面或心部裂纹等缺陷，严重降低后续加工后产品的性能，其锭坯经 后续加工处理后，室温强度均低于400MPa，在30(TC下，其强度都低于200MPa ；在镁合金中 添加较多的稀土元素，可以大幅提高其室温力学性能(强度大于450MPa)和高温力学性能 (300°C下，强度都大于200MPa)及耐腐蚀性能(盐雾试验比AZ31、MB8延长一倍)，但稀土 元素的大量加入使合金的凝固体收缩量增加，铸造热应力急剧增大，导致半连续铸造过程 中比普通镁合金铸造更容易产生各种铸造缺陷，特别是容易产生贯通锭坯的穿透性裂纹， 对于超大规格铸锭其铸锭难度更大。因此，改进现有的普通镁合金半连续铸造工艺，优化熔炼、铸造过程中各关键参 数，对铸造出超大规格(直径大于300mm)高强度镁合金锭坯(抗拉强度> 450MPa)尤为重要。
发明内容
本发明目的在于提供一种超大规格(直径Φ 220-505mm,铸锭长度1000_5000mm) 高强镁合金锭坯的半连续铸造工艺。通过控制熔炼工艺，调控浇注温度，冷却速度及拉锭速 度、结晶器内液面高度等关键工艺参数以获得表面无裂纹，内部无缩松、冷隔等缺陷，表面 平整光洁、组织细化且均勻、无溶质偏析的超大规格高强度镁合金优质铸锭，其铸锭经加工 和热处理后，室温条件下，抗拉强度彡450MPa，伸长率彡3% ；250°C时，抗拉强度彡330MPa, 伸长率彡12%;300°C时，抗拉强度彡250MPa，伸长率彡21 %;350°C时，强度彡lOOMPa，伸长 率彡48%。本发明高强镁合金，由下述组分组成(质量百分比)Gd :6-13%,Y :2_6%、Zr :0· 3-0. 8%、Cu 彡 0. 001%、Ni 彡 0. 001%、Fe 彡 0· 015%, Si ^ 0. 01%,Mn ^ 0. 005%、杂质彡 0. 10%,Mg 余量。本发明超大规格高强镁合金锭坯的半连续铸造工艺，包括以下步骤a、熔化镁，在铁坩埚中将高纯镁锭熔化，熔化温度为680°C 750°C，同时加入5# 熔剂；
3
b、当镁锭完全熔化后，依次加入Mg-Gd、Mg-Y, Mg-Zr中间合金，温度为 7500C -820°C，并适量撒入5#熔剂以保护熔体；C、当合金完全熔化后，搅拌，采用氩气除气后扒渣；d、温度降至 680°C _730°C，保温静置 30min 2h ；e、铸造，在半连续铸造机上采用铜质结晶器铸锭；将镁合金液体引入置于结晶器 内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金属内套与引锭组成的空间中，同时 开启保护气环为金属液提供气体保护；浇注温度680°C -710°C，拉锭速度30-60mm/min，控制结晶器内液面高度30-50mm， 冷却水压0. 01-0. 08MPa, 二次冷却水温度为40_50°C。本发明通过调控熔炼、铸造过程中各关键工艺参数，成功铸造出两种规格的超大 型高强镁合金铸锭。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。这些实施例是用于说明 本发明，而不是对本发明的限制，在本发明构思前提下对本发明工艺进行改进，都属于本发 明要求保护的范围。
图1为本发明生产的直径为Φ305πιπι的高强耐热镁合金锭坯；图2为本发明生产的直径为Φ 305 X 3500mm的高强耐热镁合金锭坯；图3为本发明生产的直径为Φ405πιπι的高强耐热镁合金锭坯直径；图4为本发明生产的直径为的Φ 405 X 1200mm高强耐热镁合金锭坯。下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明。
具体实施例方式实施例1 本实施例通过调节半连铸各工艺参数，以获得高质量超大规格高强镁合金铸锭。 镁合金熔体经精炼、静置后，采用熔体的低压转注技术及流量控制技术，实现浇注过程合金 液流量的微量可控。具体工艺步骤如下a、熔化镁，在铁坩埚中将高纯镁锭熔化，熔化温度为720°C，同时加入5#熔剂；b、当镁锭完全熔化后，依次加入Mg-Gd、Mg-Y、Mg_&中间合金，温度为790°C，并适 量撒入5#熔剂以保护熔体；C、当合金完全熔化后，搅拌，采用氩气除气后扒渣；d、温度降至700°C，保温静置lh30min ；e、铸造，在半连续铸造机上采用铜质结晶器铸锭；将镁合金液体引入置于结晶器 内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金属内套与引锭组成的空间中，同时 开启保护气环为金属液提供气体保护；浇注温度700°C，拉锭速度45mm/min，控制结晶器内 液面高度40mm，冷却水压0. 07MPa, 二次冷却水温度为40°C。铸造出Φ 305mm长度3500mm 的无裂纹、无缩松、表面平整光洁、组织细化且均勻、无溶质偏析的高强镁合金优质铸锭。实施例2 本实施例通过调节半连铸各工艺参数，以获得高质量超大规格高强镁合金铸锭。 镁合金熔体经精炼、静置后，采用熔体的低压转注技术及流量控制技术，实现浇注过程合金
4液流量的微量可控。具体工艺步骤如下a、熔化镁，在铁坩埚中将高纯镁锭熔化，熔化温度为720°C，同时加入5#熔剂；b、当镁锭完全熔化后，依次加入Mg-Gd、Mg-Y、Mg_&中间合金，温度为790°C，并适 量撒入5#熔剂以保护熔体；C、当合金完全熔化后，搅拌，采用氩气除气后扒渣；d、温度降至700°C，保温静置2h ；e、铸造，在半连续铸造机上采用铜质结晶器铸锭；将镁合金液体引入置于结晶器 内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金属内套与引锭组成的空间中，同时 开启保护气环为金属液提供气体保护；浇注温度695°C，拉锭速度35mm/min，控制结晶器内 液面高度50mm，冷却水压0. 07MPa, 二次冷却水温度为45°C。铸造出Φ 405mm长度1200mm 的无裂纹、无缩松、表面平整光洁、组织细化且均勻、无溶质偏析的大型高强镁合金优质铸
Iio用上述铸造方法获得的超大规格高强耐热镁合金锭坯经挤压和热处理后，其常温 力学性能和高温力学性能如表1所示。表1.不同温度条件下镁合金棒材力学性能
权利要求
一种超大规格高强耐热镁合金锭坯半连续铸造工艺，合金各成分的质量百分比为，Gd6 13％，Y2 6％，Zr0.3 0.8％，其余为Mg及不可去除的杂质元素，其特征在于包括以下步骤a、熔化镁在铁坩埚中将高纯镁锭熔化，熔化温度为680℃～750℃，同时加入5#熔剂；b、当镁锭完全熔化后，依次加入Mg Gd、Mg Y、Mg Zr中间合金，温度为750℃ 820℃，并撒入5#熔剂保护熔体；c、当合金完全熔化后，搅拌，采用氩气除气后扒渣；d、温度降至680℃ 730℃，保温静置30min～2h；e、铸造 在半连续铸造机上采用铜质结晶器铸锭；镁合金液引入置于结晶器内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金属内套与引锭组成的空间中，同时开启保护气环为金属液提供气体保护；浇注温度680℃ 710℃，拉锭速度30 60mm/min，控制结晶器内液面高度30 50mm，冷却水压0.01 0.08Mpa，二次冷却水温度为40 50℃。
2.根据权利要求1所述的超大规格高强耐热镁合金锭坯半连续铸造工艺，其特征在 于d步骤所述的温度为780°C -800°C。
3.根据权利要求1所述的超大规格高强耐热镁合金锭坯半连续铸造工艺，其特征在 于e步骤铸造所述的浇注温度为690°C -700°C，拉锭速度35-45mm/min，控制结晶器内液面 高度 40-50mm，冷却水压 0. 06-0. 08Mpa。
全文摘要
本发明涉及一种超大规格高强耐热镁合金锭坯的半连续铸造工艺。合金成分为(w％)Gd6-13％，Y2-6％，Zr0.3-0.8％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。本发明工艺包括熔化镁锭、添加溶剂、添加合金元素、精炼除气除杂、保温静置、在低温低冷却速度下采用反压气体导液法完成低铸造速度下的半连续铸造。本发明通过控制浇注温度，冷却速度及拉锭速度、结晶器内液面高度等工艺参数获得无裂纹、表面平整光洁、组织细化且均匀、无溶质偏析的直径在220mm至505mm之间的超大规格高强镁合金铸锭，锭长在1000-5000mm之间，满足航空航天、信息电子、交通运输等领域所需高强耐热镁合金材料对超大规格锭坯的需求。
文档编号C22C1/03GK101914713SQ20101021970
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者刘楚明, 李慧中, 舒心, 高永浩 申请人:中南大学