镁合金细化与变质处理技术

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：当冷却速度较慢时，铸锭及铸件的组织粗大，或产生局部晶粒大小悬殊现象，所以要对镁合金进行细化或变质处理，以细化晶粒。因此，无需进行上述变质处理。Be加入量过大，或Zr混入合金液中，均能引起晶粒粗化；Ti、RE等元素有可能导致变质失效。注：ZM1、ZM2、ZM3、ZM4和ZM6镁合金采用Zr对合金进行细化晶粒（变质）处理。

当冷却速度较慢时，铸锭及铸件的组织粗大，或产生局部晶粒大小悬殊现象，所以要对镁合金进行细化或变质处理，以细化晶粒。变质处理能显著提高镁合金的力学性能，改善铸造性能，减少热裂、疏松等铸造缺陷。

1.Mg-Al系合金的变质处理

Mg-Al系合金常用的变质方法有两种，一种是早期使用的“过热变质法”，即把镁合金过热到850～900℃，立即提出坩埚，令其快冷至浇注温度进行浇注，可获得良好的细化效果。如将熔体过热至800℃进行变质处理同时加以搅拌，将显著增加细化效果。在740～780℃下加强搅拌并静置，也能使晶粒细化。

目前常用的晶粒细化方法是用“碳”变质处理，即在合金液中加入一定量的MgCO₃、CaCO₃、C₂Cl₆等含碳的化合物，在高温下碳化物分解还原出碳，碳又与铝生成大量弥散分布的Al₄C难熔质点。由于Al₄C₃与镁同属密排六方晶格，晶格常数与δ-Mg仅差4%，故可作为外来晶核，使基体晶粒细化。C₂Cl₆比MgCO₃变质处理的效果要好，前者比后者变质处理的镁合金力学性能会提高10%～20%，且在变质后2h进行浇注，合金仍保持良好的细化效果。

变质剂用量、处理温度及工艺见表2-24～表2-25。

表2-24 镁-铝系合金的变质剂及其用量和处理温度

注：1.菱镁矿在使用前应破碎成约10mm的小块。

2.碳酸钙在使用前应磨碎，过20目筛。

表2-25 镁-铝系合金的变质处理工艺

注：ZM1、ZM2、ZM3、ZM4和ZM6镁合金采用Zr对合金进行细化晶粒（变质）处理。因此，无需进行上述变质处理。

影响“碳”变质效果的因素如下：变质处理后，随着合金液静置时间的增加，晶粒将逐渐粗化（工艺上规定变质处理后45min之内必须浇注完毕）；“碳”变质、剧烈搅拌与短期升温至800℃随后快冷至浇注温度相结合，将会进一步增强细化晶粒的作用；合金中含有一定量的锰有利于细化晶粒，且Al-Mn中间合金中锰的质点越细小、分布越均匀，对合金的细化效果越好。

Be加入量过大，或Zr混入合金液中，均能引起晶粒粗化；Ti、RE等元素有可能导致变质失效。

2.Mg-Zn、Mg-RE系合金的变质处理

“碳”变质只适用于Mg-Al系合金，对于Mg-Zn、Mg-RE系合金只有加Zr才能显著细化晶粒。Zr对Mg-Zn系合金晶粒细化的影响为，当w_Zr＜0.6%时，细化作用很小；当w_Zr＞0.6%时，Mg-Zn合金晶粒明显细化。从Mg-Zr包晶相图可知，在包晶温度下，镁仅能溶解0.597%Zr。当w_Zr＞0.6%时，镁液中出现大量难熔的α-Zr质点，它与δ-Mg同属密排六方晶格，两者的晶格常数如下：

δ-Mg：a=0.320nm，c=0.512nm。

α-Zr：a=0.323nm，c=0.514nm。

可见，两者具有良好的共格关系，故α-Zr质点起外来晶核的作用，使Mg-Zn合金晶粒细化。Zr还与镁合金中的氢形成ZrH₂固态化合物，从而大大降低镁液中的氢含量，对减轻疏松有利。Zr的熔点高（1855℃）、密度大（6.45g/cm³），在镁液中难以溶解，无法以纯锆的形式加入；Zr在镁中的溶解度很低，难以用纯锆制成Zr含量高、成分均匀的Mg-Zr中间合金。Zr的化学活性很强，与炉气中的O、N、H、CO、CO₂及合金中的Fe、Al、Si、Mn、Co、Ni、Sb、P等均能生成不溶于镁的化合物，沉积于坩埚淤渣中，从而使合金中的Zr含量下降。生产中Zr的实际加入量一般为合金成分需用量的3～5倍，并多以Mg-Zr中间合金形式加入。

镁合金细化与变质处理技术

相关推荐