一种铸造Mg-Al合金液态熔体/半固态熔体混液变质方法

摘要

本发明公布了一种铸造Mg-Al合金液态熔体/半固态熔体混液变质方法，具体做法是将预定重量比的两炉镁合金分别熔化到全液态和半固态，待其分别达到热力学平衡后，将全液态镁合金熔体通过泡沫陶瓷过滤器倒入半固态镁合金熔体中混成均匀的待浇注熔体，然后浇注相应铸型，凝固成型。本发明方法操作简便，成本低廉，操控性好，铸态组织细化明显，力学性能得到明显提高。

说明书

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及应用于Mg-Al镁合金重力铸造技术的 一种全新的变质处理方法。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料之一，具有高的比强度、比刚度，良好的减震 性、电磁屏蔽和抗辐射能力等一系列优点，随着运载车辆轻量化、环保化、能 源化及我国的资源特点，镁合金的应用量急剧扩大，被广泛用于如汽车等车辆 和各种通信、电子、航空、航天等设备的零部件制造，发展前景十分可观。作 为应用最为广泛的铸造镁合金如AZ91、AZ81等Mg-Al系列合金，重力铸造下 铸态组织粗大，常规力学性能偏低，因而在传统的铸造镁合金浇注前，金属液 往往要加入变质剂以细化铸造组织和改善力学性能，但晶粒细化剂的加入不仅 大大增加了生产成本，操作不当往往效果衰退。为进一步扩大Mg-Al系铸造合 金如AZ91、AZ81等的应用范围，采用成本低廉、操作简便、效果稳定的变质 措施是必要的。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种铸造Mg-Al合金液态熔体 /半固态熔体混液变质方法。本发明方法操作简便，成本低廉，操控性好，铸态 组织细化明显，力学性能得到明显提高。

本发明的技术方案如下：

铸造Mg-Al合金液态熔体/半固态熔体混液变质方法，包括如下工艺步骤：

将预定重量比的两炉镁合金分别在坩埚内熔化到全液态和半固态，待其分别 达到热力学平衡后，将泡沫陶瓷过滤器水平固定在半固态镁合金熔体坩埚内， 然后将全液态镁合金熔体通过泡沫陶瓷过滤器倒入半固态镁合金熔体中混成均 匀的待浇注熔体，将混液后的熔体停放1-5min，然后浇注相应铸型，凝固成型。

所述镁合金为AZ91、AZ81中的至少一种；

所述镁合金全液态熔体的温度范围为730-790℃，半固态熔体的温度范围为 515-580℃，混液后熔体温度范围为700-725℃；

所述混液变质处理实质是将全液态镁合金熔体通过泡沫陶瓷过滤器混入半 固态镁合金熔体；熔炼Mg-Al合金液时，采用空气+CO₂+SF₆多组分气体进行保 护；在进行混液变质处理时，采用空气+CO₂+SF₆多组分气体或氩气进行保护；

所述两炉Mg-Al合金的重量比为：全液态熔体:半固态熔体＝1-5:1；

所述泡沫陶瓷过滤器物理参数及相应规格如下：其主要原料为三氧化二铝， 工作温度T≦1200℃，气孔率为80-90％，抗压强度Rc≧1.0Mpa，体积密度 ρ≦0.5g/cm³，形状为圆形，直径为100-200mm，厚度为5mm，孔径为5-15mm；

所述铸型为金属型或树脂砂型；所述金属型内表面涂刷脱模涂料，浇注前金 属型需经充分预热，预热温度达到200-300℃；所述树脂砂型铸造，采用呋喃树 脂作粘结剂，磷酸作硬化剂，硼酸做阻燃剂。

本发明有益的技术效果在于：

(1)本发明方法相比于传统的化学添加剂变质和高温过热变质等方法，不 需要将易燃的Mg-Al金属液加热到过高温度，又避免了化学添加剂污染镁合金 液体和增加生产成本，该方法不污染环境，节省能源和降低成本，操作简便，操 控性好，组织细化明显，常规力学性能得到较大提高；

(2)本发明方法不需要向熔体中大量引入外来形核质点，充分挖掘了镁合 金材料的潜力来提高其力学性能，降低生产成本，操控简便，该变质技术具有 很强的实用性；

(3)本发明方法可扩大镁合金的应用领域，为企业降本增效，可使产品应 用到要求更高强度级别的场合，扩大产品应用领域，大大提高企业的经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1：AZ91D镁合金采用树脂砂型铸造汽车柴油机用单向阀座

将重量比为3:1的两炉AZ91D镁合金分别加热到780℃(全液态)、560℃(半 固态)，加热过程中采用空气+CO₂+SF₆多组分气体进行保护。待其分别达到热 力学平衡后，将780℃全液态镁合金通过泡沫陶瓷过滤器倒入560℃的半固态镁 合金中混匀，混液后温度720℃，进行混液变质处理时，采用空气+CO₂+SF₆的 多组分气体进行保护。混液后的熔体停放1min后采用树脂砂型铸造汽车柴油机 用单相阀座；树脂砂型铸造采用呋喃树脂作粘结剂，磷酸作硬化剂，硼酸做阻 燃剂。

对比例1：将AZ91D镁合金加热到720℃(全液态)采用树脂砂型铸造汽车 柴油机用单相阀座；

对比例2：将AZ91D镁合金经过Cl₂C₆变质处理，其中Cl₂C₆加入量为0.5％， 变质处理温度为740℃，浇注温度达到720℃时采用树脂砂型铸造汽车柴油机用 单相阀座。

不同处理条件下的AZ91D镁合金铸造汽车柴油机用单相阀座的性能如下表 1所示。

表1

从表1所列结果可以看出，将AZ91D镁合金经过液态熔体/半固态熔体混液 变质方法处理后，经树脂砂型铸造所得铸件的性能比不变质或Cl₂C₆变质的有较 大的提高，其中抗拉强度分别提高23.3％和8.6％，延伸率也有所提高。

实施例2：AZ81E合金采用金属型铸造汽车柴油机用支架-ECU

将重量比为2:1的两炉AZ81E镁合金分别加热到785℃(全液态)、570℃(半 固态)，加热过程中采用空气+CO₂+SF₆多组分气体进行保护。待其分别达到热 力学平衡后，将785℃全液态镁合金通过泡沫陶瓷过滤器倒入570℃的半固态镁 合金中混匀，混液后温度710℃，进行混液变质处理时，采用氩气进行保护。混 液后的熔体停放3min后采用金属型铸造汽车柴油机用支架-ECU(浇注前金属 型需经充分预热，预热为200℃)。

对比例3：将AZ81E合金加热到710℃(全液态)采用金属型铸造汽车柴油 机用支架-ECU。

对比例4：将AZ81E合金经过Cl₂C₆变质处理，其中Cl₂C₆加入量为0.5％， 变质处理温度为740℃，待浇注温度达到710℃时采用金属型铸造汽车柴油机用 支架-ECU。

不同处理条件下的AZ81E镁合金铸造汽车柴油机用支架-ECU的性能如下表 2所示。

表2

从表2所列结果可以看出，经过液态熔体/半固态熔体混液变质后，AZ81E 镁合金性能与不变质处理的相比，有很大提高，抗拉强度和屈服强度分别提高 16.18％和10.87％，变质效果非常明显，其效果优于Cl₂C₆变质处理。

实施例3：AZ81E镁合金采用树脂砂型铸造汽车排气管

将重量比为4:1的两炉AZ81E镁合金分别加热到790℃(全液态)、515℃(半 固态)，加热过程中采用空气+CO₂+SF₆多组分气体进行保护。待其分别达到热 力学平衡后，将790℃全液态镁合金通过泡沫陶瓷过滤器倒入530℃的半固态镁 合金中混匀，混液后温度725℃，进行混液变质处理时，采用氩气进行保护。混 液后的熔体停放5min后采用树脂砂型铸造汽车排气管；树脂砂型铸造采用呋喃 树脂作粘结剂，磷酸作硬化剂，硼酸做阻燃剂。

对比例5：将AZ81E镁合金加热到725℃(全液态)采用树脂砂型铸造汽车 排气管；

对比例6：将AZ81E镁合金经过Cl₂C₆变质处理，其中Cl₂C₆加入量为0.5％， 变质处理温度为740℃，浇注温度达到725℃时采用树脂砂型铸造汽车排气管。

不同处理条件下的AZ81E镁合金铸造汽车排气管的性能如下表3所示。

表3

从表3所列结果可以看出，经过液态熔体/半固态熔体混液变质后，AZ81E 镁合金性能有很大提高，相比于Cl₂C₆变质处理其抗拉强度和屈服强度分别提高 9.29％和6.52％，变质效果非常明显。

实施例4：AZ91D镁合金采用树脂砂型铸造汽车排气管

将重量比为5:1的两炉AZ91D镁合金分别加热到730℃(全液态)、580℃(半 固态)，加热过程中采用空气+CO₂+SF₆多组分气体进行保护。待其分别达到热 力学平衡后，将730℃全液态镁合金通过泡沫陶瓷过滤器倒入590℃的半固态镁 合金中混匀，混液后温度700℃，进行混液变质处理时，采用空气+CO₂+SF₆多 组分气体进行保护。混液后的熔体停放3min后采用树脂砂型铸造汽车排气管； 树脂砂型铸造采用呋喃树脂作粘结剂，磷酸作硬化剂，硼酸做阻燃剂。

对比例7：将AZ91D镁合金加热到700℃(全液态)采用树脂砂型铸造汽车 排气管；

对比例8：将AZ91D镁合金经过Cl₂C₆变质处理，其中Cl₂C₆加入量为0.5％， 变质处理温度为720℃，浇注温度达到700℃时采用树脂砂型铸造汽车排气管。

不同处理条件下的AZ91D镁合金铸造汽车排气管的性能如下表4所示。

表4

从表4所列结果可以看出，经过液态熔体/半固态熔体混液变质后，AZ91D 镁合金性能有较大提高，抗拉强度和屈服强度比Cl₂C₆变质处理的分别提高 9.27％和5.26％，变质效果非常明显。

实施例1～4中，所用泡沫陶瓷过滤器物理参数及相应规格如下：其主要原料 为三氧化二铝，工作温度T≦1200℃，气孔率为80-90％，抗压强度Rc≧1.0Mpa， 体积密度ρ≦0.5g/cm³，形状为圆形，直径为100-200mm，厚度为5mm，孔径为 5-15mm。