一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法。

背景技术：

1、随着航空轻量化要求不断提高，越来越多的镁合金铸件需要通过树脂砂型差压铸造成形才能满足质量要求，但是镁合金树脂砂型差压铸造过程常发生燃烧事故，这主要由于砂型粘结剂热解形成氧化气氛与熔体反应，导致熔体燃烧，

2、镁合金燃点一般在固相线以上，半固态成型可以大大降低起燃风险，传统的半固态成形虽然通过压力充型可以降低浇注温度，但是其流动性差，无法成型薄壁复杂件。受控扩散凝固是一种新型的半固态成形技术，相比与传统半固态，它的流动性好，能够在常压下通过倾转、重力浇注。相对与传统铸造技术来言，它可以细化晶粒，得到细小的非枝晶组织降低热裂和偏析倾向，提高铸件的力学性能。

3、 mg-al-zn系铸造镁合金，因其成本低和铸造性好，成为工业中用的最多的商用镁合金。但伴随着al和zn的添加，由于呈网状分布硬而脆的mg17al12类的金属化合物的存在，强度虽会有所提高，合金的韧性和延展性会大幅度下降，国内外主要是通过改变合金成分来实现晶粒细化得到强韧化的镁合金。本发明在不改变合金本身成分的条件下，通过两种不同温度、成分和质量母液之间的混合，得到细小且成分均匀的非枝晶组织。

技术实现思路

1、本发明针对镁铝合金在树脂砂型铸造过程中的燃烧与强韧化问题， 提供了一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散方法。

2、本发明的目的在于提供一种上述镁铝合金非枝晶凝固组织的制备方法。

3、为实现上述目的，本发明的镁铝合金所采用的技术方案包括以下步骤：

4、步骤一：用砂纸与酒精清理熔炼用纯镁、纯铝与镁锌中间合金的表面氧化与油污，采用99.95 %的工业纯镁、99.95 %的工业纯铝和镁锌中间合金(mg-30zn)作为原料，制备低温低质量合金熔体和高温高质量合金熔体，并控制两种合金熔体的成分、温度，按照一定比例、混合速率和流动速度将两种合金熔体进行混合，进而获得目标成分合金的均匀非枝晶凝固组织。高温高质量合金为工业纯镁，低温低质量合金是采用工业纯镁、工业纯铝和镁锌中间合金(mg-30zn)熔炼的高铝成分的镁铝合金，低温低质量合金由以下质量百分比的组分组成为：20~50 %al，1~5 %zn，余量为mg和不可避免的杂质。

5、步骤二：将高温高质量合金和低温低质量合金熔炼用的坩埚分别命名为坩埚1和坩埚2，对两个坩埚预热呈现为暗红色时，向坩埚分别加入高温高质量合金和低温低质量合金，两种合金的质量比为1.5~5.5。

6、步骤三：加热到400~500 ℃后向两个坩埚通入保护气，采用sf6和co2混气作为保护气；坩埚1在保护气氛下继续加热，升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，控温降至高温高质量合金熔体混合温度进行保温，得到高温高质量合金熔体，高温高质量合金混合温度为655~670℃。

7、步骤四：采用co2与sf6混气作为保护气，在保护气氛下将纯mg加热至720℃，向纯mg金属溶液中加入镁锌中间合金(mg-30zn)与纯al，待后加入金属完全熔化后，在680~700℃搅拌并保温10min, 升温至700~720℃加入精炼剂精炼除杂，制备mg-al-zn金属熔体,降温到低温低质量合金熔体混合温度，得到低温低质量合金熔体,低温低质量合金熔体混合温度为：440~520℃。

8、步骤五：将高温高质量合金熔体以1.2~1.7 m/s的浇注速度、20~200 g/s的混合速率浇注到低温低质量合金熔体中，得到目标成分的镁铝合金熔体，最后倒入事先预热好的模具里，形成铸件。

9、上述步骤中采用的纯镁、纯铝含量为质量百分比，精炼剂采用rj-5熔剂，rj-5熔剂质量是坩埚中合金质量的1 %~1.5 %，所述sf6与co2输出流量分别为80ml/min和0.8l/min。

10、有益效果

11、(1)本发明通过两种合金熔体混合得到近液相的镁铝合金浇铸用熔体，可以降低树脂砂型铸造起燃几率，同时相比与传统半固态技术流动性好、成本低，可以成形薄壁复杂件，在航空航天与汽车领域前景广泛。

12、(2)受控扩散凝固方法铸造的镁铝合金相对于传统铸造而言，由于其强制对流能够形成细小的非枝晶，细化晶粒(如图2、3)，有利于消除热裂与偏析，具有较好的补缩，甚至可以消除冒口，实现近净凝固成形。

技术特征：

1.一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，步骤一中，用砂纸与酒精清理熔炼用纯镁、纯铝与镁锌中间合金的表面氧化与油污，工业纯镁含量为99.95 %，工业纯铝含量为99.95 %，均为质量百分比；镁锌中间合金为mg-30zn；低温低质量合金由以下质量百分比的组分组成为：20~50 %al，1~5 %zn，余量为mg和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，步骤二中，高温高质量合金与低温低质量合金的质量比为1.5~5.5。

4.如权利要求1所述的一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，步骤三中，采用sf6和co2混合气体作为保护气， sf6与co2输出流量分别为80ml/min和0.8l/min，精炼剂采用rj-5熔剂，rj-5熔剂质量是坩埚中合金质量的1 %~1.5 %。

5.如权利要求1所述的一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，步骤四中，采用sf6和co2混合气体作为保护气， sf6与co2输出流量分别为80ml/min和0.8l/min，保温时间为10min，精炼剂采用rj-5熔剂，rj-5熔剂质量是坩埚中合金质量的1 %~1.5 %。

6.如权利要求1所述的一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法，其特征在于，步骤五中，浇铸以1.2~1.7 m/s的浇注速度、20~200 g/s的混合速率进行浇铸。

技术总结
本发明涉及铸造领域，具体涉及一种制备镁铝合金非枝晶组织的受控扩散工艺方法。本发明通过两种合金熔体混合得到近液相的镁铝合金浇铸用熔体，受控扩散凝固方法铸造的镁铝合金相对于传统铸造而言，由于其强制对流能够形成细小的非枝晶，细化晶粒，有利于消除热裂与偏析，具有较好的补缩，甚至可以消除冒口，实现近净凝固成形。本发明可以降低树脂砂型铸造起燃几率，同时相比与传统半固态技术流动性好、成本低，可以成形薄壁复杂件，在航空航天与汽车领域前景广泛。

技术研发人员：赵信毅,顾焘,王泽宇,王丹,朱强,雷玉成
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15