八达镁业合金工艺培训(共33张).pptx
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1、山西八达镁业有限公司山西八达镁业有限公司镁合金工艺培训镁合金工艺培训 作者:作者: 翟海涛翟海涛 电话:电话:13653676501v镁的密度小,易于燃烧,在空气中加热时,金属镁在镁的密度小,易于燃烧,在空气中加热时,金属镁在632635开始燃烧。开始燃烧。液态下遇到冷的工具工装容易发生爆炸,液态下遇到冷的工具工装容易发生爆炸, 镁的制备及合金冶炼工艺比较复杂。镁的制备及合金冶炼工艺比较复杂。在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆,铍,锶和稀土等元素形成的镁合金具有较在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆,铍,锶和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度,可以作为结构材料广泛应用。镁合金材料具有以下优点:高的强度
2、,可以作为结构材料广泛应用。镁合金材料具有以下优点:v(1)重量轻镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者,它的比重为铝合)重量轻镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者,它的比重为铝合金的,锌合金的,钢铁的,它除了做产品的外壳、内金的,锌合金的,钢铁的,它除了做产品的外壳、内部结构件外,还是汽车、飞机等零件的优秀材料。部结构件外,还是汽车、飞机等零件的优秀材料。v(2)比强度、比刚度高镁合金的比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝)比强度、比刚度高镁合金的比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当,而远远高于工程塑料,为一般塑料的合金和钢相当,而远远高于工程塑料,为一般塑料的10倍。倍。v(
3、3)耐振动性好在相同载荷下,减振性是铝的)耐振动性好在相同载荷下,减振性是铝的100倍,钛合金的倍,钛合金的300500倍。倍。v(4)电磁屏蔽性佳)电磁屏蔽性佳3产品的外壳(手机及电脑等)要能够提供优越的抗产品的外壳(手机及电脑等)要能够提供优越的抗电磁保护作用,而镁合金外壳能够完全吸收频率超过的电磁干扰。电磁保护作用,而镁合金外壳能够完全吸收频率超过的电磁干扰。v(5)散热性好一般金属的热传导性是塑料的数百倍,镁合金的热传导性略)散热性好一般金属的热传导性是塑料的数百倍,镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金,远高于钛合金,比热则与水接近,是常用合金中最高者。低于铝合金及铜合金,远高于钛合金
4、,比热则与水接近,是常用合金中最高者。v(6)质感佳镁合金的外观及触摸质感极佳,使产品更具豪华感。)质感佳镁合金的外观及触摸质感极佳,使产品更具豪华感。v(7)可回收性好只要花费相当于新料价格的)可回收性好只要花费相当于新料价格的4%,就可将镁合金制品及废,就可将镁合金制品及废料回收利用。料回收利用。v(8)稳定的资源提供:镁元素在地壳中的储量居第八位,大部分的镁原料自)稳定的资源提供:镁元素在地壳中的储量居第八位,大部分的镁原料自海水中提炼,所以它的资源稳定、充分。海水中提炼,所以它的资源稳定、充分。v (9) 主要用于,汽车,航空,电子,钢铁脱硫主要用于,汽车,航空,电子,钢铁脱硫 ,铝合
5、金元素添加,除氧剂。,铝合金元素添加,除氧剂。vAZ91D 强度高且耐腐蚀性好强度高且耐腐蚀性好 电器产品的壳体等电器产品的壳体等vAM60B 延伸率和抗冲击力大延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等汽车上的方向盘和坐椅等vAM50A 延伸率和抗冲击力大延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等汽车上的方向盘和坐椅等vAS41B 抗蠕变性能好抗蠕变性能好 汽车上的减速箱等汽车上的减速箱等铝:改善压铸件的铸造性能,提高铸件强度,铝含量越高,耐蚀性越好。但是有形成显微疏铝:改善压铸件的铸造性能,提高铸件强度,铝含量越高,耐蚀性越好。但是有形成显微疏松的倾向。松的倾向。锌:锌可以提高铸件的抗蠕变
6、性能,对防腐蚀性能有负面影响。锌:锌可以提高铸件的抗蠕变性能,对防腐蚀性能有负面影响。锰:容易与有害杂质元素化合,从而清除了铁对抗蚀性的有害影响,使得腐蚀速率大大降低。锰:容易与有害杂质元素化合,从而清除了铁对抗蚀性的有害影响,使得腐蚀速率大大降低。Mn在镁合金中存在有两类作用:一是作为合金元素,可以提高镁合金的韧性,如在镁合金中存在有两类作用:一是作为合金元素,可以提高镁合金的韧性,如AM60;二是形成中间相。;二是形成中间相。Mg-Mn系合金的铸造工艺性能差,凝固收缩大,热裂倾向系合金的铸造工艺性能差,凝固收缩大,热裂倾向较高。较高。铍:在很低浓度下明显降低熔体表面氧化,但导致晶粒粗大。铍
7、:在很低浓度下明显降低熔体表面氧化,但导致晶粒粗大。硅:可形成稳定化合物硅:可形成稳定化合物Mg2Si,对合金起到强化效果,对腐蚀性有害。对合金起到强化效果,对腐蚀性有害。铁铁/铜:合金中的有害元素,必须严格控制,特别是铁,对腐蚀性极为不利。铜:合金中的有害元素,必须严格控制,特别是铁,对腐蚀性极为不利。牌牌 号号AlZnMnNiSiCuFeBe单一单一- 范围范围(%) - 最大最大(%) -AZ91D8.8-9.30.65-0.750.18-0.270.0010.450.0250.002510-150.01AM60B5.8-6.40.2 (最大最大)0.28-0.450.0010.0450
8、.0080.00326-130.01AM50A4.7-5.20.2(最大最大)0.30-0.450.0010.0450.0080.00326-130.01说明说明1)AL含量控制:根据废料添加情况来确定,可补加,尽量避免超高再调含量控制:根据废料添加情况来确定,可补加,尽量避免超高再调整(铝高镁锭调整时,适当延长精炼时间整(铝高镁锭调整时,适当延长精炼时间10MIN;如锅太满,提渣;如锅太满,提渣后调整,在搅拌后调整,在搅拌30MIN)2)Mn含量控制:含量控制:MnCl 670-690就开始添加,避免高温烧损就开始添加,避免高温烧损3)S i 含量控制:言必信硅控制在含量控制:言必信硅控制在
9、0.45%,中科亚美,中科亚美AZ91D硅控制硅控制0.55%4)Fe 含量控制:含量控制:AZ91D浇铸温度控制在浇铸温度控制在640-650;AM50A/AM60B浇浇铸温度控制在铸温度控制在655-6655)Be 含量控制:圆坩埚里面一次补够,尽量避免长炉二次补加含量控制:圆坩埚里面一次补够,尽量避免长炉二次补加牌牌 号号AlZnMnNiSiCuFeBe单一单一- 范围范围(%) - 最大最大(%) -AZ91D8.8-9.30.65-0.750.18-0.270.0010.450.0250.002510-150.01AM60B5.8-6.40.2 (最大最大)0.28-0.450.00
10、10.0450.0080.00326-130.01AM50A4.7-5.20.2(最大最大)0.30-0.450.0010.0450.0080.00326-130.01说明说明1)粗镁:粗镁一般要求表面致密,有金属光泽,无表面发黑氧化严重等现)粗镁:粗镁一般要求表面致密,有金属光泽,无表面发黑氧化严重等现象(当粗镁质量过差时,熔剂用量适当增加)。象(当粗镁质量过差时,熔剂用量适当增加)。2)镁废料:)镁废料: a.废料废料使用时需要注意使用时需要注意Cu丝、丝、Ni片、片、Al合金、合金、Zn合金、钢丝轮、水合金、钢丝轮、水泥块不要入炉泥块不要入炉 b.渣块质量较差,间隔一两炉添加渣块质量较差
11、,间隔一两炉添加 c.回收渣添加注意量的控制,分炉回收渣添加注意量的控制,分炉/间隔添加,保证合金质量间隔添加,保证合金质量3)铝锭:)铝锭: 八达进厂铝锭为八达进厂铝锭为Al99.70,但是对但是对Fe有特殊要求(有特殊要求(0.12),河津铝厂),河津铝厂Fe一般为一般为0.20,不满足进厂验收标准,榆铝能满足进厂验收标准,不满足进厂验收标准,榆铝能满足进厂验收标准4)氯化锰)氯化锰97.00%5)锌)锌 锭锭 99.95% 6)铝)铝 铍铍 Be 0.9-1.2%一一)溶解剂、覆盖剂:溶解剂、覆盖剂:MgCl2-NaCl-KClMgCl2-NaCl-KCl三元系的共晶点、共晶成分三元系的
12、共晶点、共晶成分共共晶晶熔点熔点/共晶成分(共晶成分(% %分子)分子)固相组成固相组成MgCl2MgCl2NaClNaClKClKClO1O1400400353518184747KClKClMgCl2,NaCl,2KClMgCl2,NaCl,2KClMgCl2MgCl2O2O2395395464632322222KClKClMgCl2,NaClMgCl2,NaClMgCl2,2NaClMgCl2,2NaClMgCl2MgCl2O3O3400400393936362525KClKClMgCl2,2NaClMgCl2,2NaClMgCl2,NaClMgCl2,NaCl名称名称成份含量成份含量(%
13、)MgCl2KCICaCl2NaClBaCl2杂质水份恒旺恒旺46-5027-3010-201.51.5南京迪玉47-5332-3710-152-51.51.5覆盖剂36-4025-296-1024-281.51.5熔剂中各组分作用说明:熔剂中各组分作用说明:1)块熔剂)块熔剂/粉熔剂粉熔剂 1.1 MgCl2在表面形成保护气氛,阻缓镁液的氧化;对合金中在表面形成保护气氛,阻缓镁液的氧化;对合金中MgO/MgN等杂质等杂质物有良好的吸附能力。物有良好的吸附能力。 1.2 KCl降低熔剂表面张力和粘度,使熔剂在镁合金形成薄薄保护层;提高熔剂的降低熔剂表面张力和粘度,使熔剂在镁合金形成薄薄保护层;
14、提高熔剂的稳定性,抑制氯化镁加热脱水后的水解过程,减少氯化镁在脱水操作中的损失;稳定性,抑制氯化镁加热脱水后的水解过程,减少氯化镁在脱水操作中的损失; 1.3)NaCl降低熔剂熔点;降低熔剂熔点; 1.4)BaCl2密度大,可作为熔剂的加重剂,已增大熔剂与镁液之间的密度,使熔密度大,可作为熔剂的加重剂,已增大熔剂与镁液之间的密度,使熔剂与镁液更容易分离;剂与镁液更容易分离; 1.5)CaF 可用来提高熔剂的粘度和精炼性能,使熔剂与合金液有好的分离性;可用来提高熔剂的粘度和精炼性能,使熔剂与合金液有好的分离性; 2) 长炉精炼(配料)长炉精炼(配料):覆盖剂覆盖剂+萤石粉萤石粉=2:2公斤公斤
15、3) 覆盖剂覆盖剂 3.1)(保护镁液不被氧化)(江阴生产)(长坩锅、熔化炉静置转炉用)(保护镁液不被氧化)(江阴生产)(长坩锅、熔化炉静置转炉用) 3.2) 覆盖剂成分:(覆盖剂成分:(MgCl2/KCl/NaCl/CaCl2) 3.3) CaCl2发泡剂,能持续地释放出对镁液具有保护作用的气体,并使覆盖剂呈发泡剂,能持续地释放出对镁液具有保护作用的气体,并使覆盖剂呈多孔状,不易下沉,减少覆盖剂的使用量;多孔状,不易下沉,减少覆盖剂的使用量; 3.4)覆盖剂的密度要比镁液轻,最好不要含覆盖剂的密度要比镁液轻,最好不要含CaF。 熔剂的保护原理:熔剂的保护原理: 将熔体表面与氧气隔绝是安全地进
16、行镁合金熔炼的最基本要求。因此,熔炼镁合金时必须将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本要求。因此,熔炼镁合金时必须覆盖适当的熔剂。由于镁的活性很强,构成熔剂的材料只能是碱金属或碱土金属的氯化物和覆盖适当的熔剂。由于镁的活性很强,构成熔剂的材料只能是碱金属或碱土金属的氯化物和氟化物,以及少数不活泼的氧化物。镁合金熔剂的主要成分是氟化物,以及少数不活泼的氧化物。镁合金熔剂的主要成分是MgCl2,它对镁溶液具有良好,它对镁溶液具有良好的覆盖作用及一定的精炼能力。的覆盖作用及一定的精炼能力。MgCl2的熔点为的熔点为708,能很好地润湿镁合金液表面的氧化,能很好地润湿镁合金液表面的氧化镁,
17、并将其包裹后转移到熔剂中去,使镁氧化产生的热量能较快地通过熔剂层散出,避免镁镁,并将其包裹后转移到熔剂中去,使镁氧化产生的热量能较快地通过熔剂层散出,避免镁合金液表面温度急剧上升。合金液表面温度急剧上升。MgCl2可以与空气中的氧及水气反应可以与空气中的氧及水气反应(见式见式(2.4)和式和式(2.5),生成,生成HCl、Cl2等反应生成的等反应生成的HCl、Cl2又能迅速与镁反应生成一层又能迅速与镁反应生成一层MgCl2,盖住无熔剂的镁合金,盖住无熔剂的镁合金液表面。这样在液表面。这样在HCl、Cl2、H2等保护性气氛及等保护性气氛及MgCl2薄层覆盖均能有效地阻止镁与氧、水薄层覆盖均能有效
18、地阻止镁与氧、水的作用,防止氧化,抑制燃烧。的作用,防止氧化,抑制燃烧。 MgCl2+O2=2MgO+2Cl2 (2.4) MgCl2+H2O=MgO+2HCl (2.5) MgCl2还具有精炼作用,液态的还具有精炼作用,液态的MgCl2对对MgO、Mg3N2具有化学造渣作用具有化学造渣作用(见式见式(2.6),形成,形成的产物的产物MgCl25MgO能从溶液中沉淀出来。能从溶液中沉淀出来。 MgCl2+5MgO=MgCl25MgO (2.6) 在在MgCl2中加入中加入KCl后,能够显著降低后,能够显著降低MgCl2熔点、表面张力和粘度,提高熔剂的稳定性、熔点、表面张力和粘度,提高熔剂的稳定
19、性、即减少高温时即减少高温时MgCl2的蒸发损失;加入的蒸发损失;加入BaCl2可作为熔剂的增重剂,以增大熔剂与镁合金液可作为熔剂的增重剂,以增大熔剂与镁合金液之间的密度差,使熔剂与镁合金液更易于分离;加入之间的密度差,使熔剂与镁合金液更易于分离;加入CaF2可加大熔剂密度,增加熔剂的粘可加大熔剂密度,增加熔剂的粘度,便于除渣,同时可增强熔剂的精炼作用。度,便于除渣,同时可增强熔剂的精炼作用。v熔解剂用量:v纯镁锭时,吨炉料为:405kg ;v镁锭和粗镁混用时,总量为:T镁40 kg(T总T镁)100 kgv萤石粉用量:20+20公斤v覆盖剂用量: 12Kg/吨炉料二)萤石粉二)萤石粉 100
20、目目 CaF297%(有的萤石矿为半生矿,同时产铅等其他金属,新萤石粉厂家准入时要委外化(有的萤石矿为半生矿,同时产铅等其他金属,新萤石粉厂家准入时要委外化验铅是否超标)验铅是否超标)三)硫磺粉三)硫磺粉20目目(燃烧生成二氧化硫起保护作用,残留杂质(燃烧生成二氧化硫起保护作用,残留杂质0.05、灰烬、灰烬0.3)四)氮气(脱气、搅拌作用)四)氮气(脱气、搅拌作用)五)氮化硼涂料(防止合金氧化,降低模温,易脱模)五)氮化硼涂料(防止合金氧化,降低模温,易脱模)(氮化硼:水氮化硼:水=1:9-11)1.断口的检验断口的检验v断口质量的判定(断口质量的判定(1个样个样/每炉)每炉)v断口清晰,呈金
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