稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，包括配制原料步驟、熔煉步驟、熔劑精煉步驟、以及澆注步驟，其中配置原料步驟中的稀土元素以鎂稀土中間合金的形式加入，并且稀土元素總重量占鎂稀土中間合金的80%~90%，這種中間合金的生產(chǎn)成本要低于傳統(tǒng)的中間合金，從而顯著降低稀土鎂合金原材料成本；并在熔煉過程中采用精煉劑精煉和氣體保護(hù)的方法進(jìn)行純凈化，同時(shí)選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾，從而可實(shí)現(xiàn)熔體的進(jìn)一步純凈化。
【專利說明】稀土鎂合金溶煉及純凈化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有低密度、高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天和各大工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前鎂合金的主要應(yīng)用問題在于絕對強(qiáng)度仍然偏低、耐熱性不佳、耐腐蝕性能不佳，因此鎂合金的主要發(fā)展方向在于高強(qiáng)度、耐熱以及耐腐蝕。
[0003]稀土鎂合金在上述三個(gè)發(fā)展方向上均相對其它類型的鎂合金有明顯的優(yōu)勢。通過添加稀土元素開發(fā)了 ZM6、QE22A、WE54、WE43等稀土鎂合金。為了進(jìn)一步提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性，還發(fā)展了 Mg-Nd-Y-Zr、Mg-Gd-Y-Zr, Mg-Gd-Y-Mn等系列的合金。如GW103K(Mg-10Gd-3Y-0.4Zr)，其抗拉強(qiáng)度超過330MPa，綜合性能達(dá)到ZL201鋁合金的水平，在200°C~300°C擁有優(yōu)異的耐熱性能。
[0004]然而，稀土元素的加入在提高鎂合金綜合性能的同時(shí)，也造成了如下問題:
首先是成本的提高，為確保充分熔化和防止稀土元素氧化，以鎂稀土中間合金的形式加入，且稀土元素含量較低，造成同樣合金成分的原材料價(jià)格要遠(yuǎn)高于各元素純金屬的價(jià)格之和；
另一方面，在熔煉過程中，稀土元素極易燒損、氧化，造成夾雜，單純的熔劑精煉已不能解決稀土鎂合金的純凈化難題。
[0005]鑒于以上問題，有必要對現(xiàn)有的稀土鎂合金的熔煉及純凈化的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，以解決現(xiàn)有稀土鎂合金存在的成本高、熔體純凈化效果差等難題。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，包括如下步驟:
配制原料步驟:依據(jù)設(shè)計(jì)的合金名義成分配制原料，并將所有原料進(jìn)行預(yù)熱，并保溫一段時(shí)間；其中，所述原料包括鎂錠、鎂稀土中間合金、以及鎂鋯中間合金；
熔煉步驟:加熱坩堝電阻爐，坩堝溫度升至500°C飛00°C時(shí)，加入鎂錠，蓋上坩堝電阻爐蓋，同時(shí)通入保護(hù)氣體，升溫熔化，然后依次加入鎂稀土中間合金、鎂鋯中間合金進(jìn)行熔煉，形成熔體；
熔劑精煉步驟:將熔體攪拌均勻后，加入精煉劑進(jìn)行精煉；
澆注步驟:精煉完畢后，保溫靜置一段時(shí)間，然后隨爐冷卻至澆注溫度，澆注鑄錠或鑄件，并選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾。
[0008]所述鎂稀土中間合金中的稀土元素的重量占所述鎂稀土中間合金總重量的809^90%。[0009]所述稀土元素為Gd、Y、Nd、Sm、Ce、La、Pr中的一種或幾種。
[0010]所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱的溫度為200°C。
[0011]所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱后的保溫時(shí)間為8小時(shí)。
[0012]所述熔煉步驟中的鎂稀土中間合金的加入溫度為800°C ~820°C，若有兩種或兩種以上鎂稀土中間合金，則需在前一次稀土中間合金加入和攪拌均勻后熔體溫度回升至800°C ~820°C再次加入；鎂稀土中間合金加入和攪拌均勻后，待熔體溫度回升至780 0C ^800oC加入鎂鋯中間合金，攪拌均勻。
[0013]所述熔煉步驟中的保護(hù)氣體為CHClF2和CO2的混合氣體，其中CHClF2氣體的比例為 0.8%ο
[0014]所述熔劑精煉步驟具體為:在熔體攪拌均勻后，待熔體溫度升至790°C ~820°C，保溫15~30分鐘后，加入精煉劑，所述精煉劑的重量為合金總重量的2%，并充分?jǐn)嚢琛?br> [0015]所述精煉劑為JDMJ熔劑。
[0016]所述氧化鎂泡沫陶瓷的孔徑為IOppf 20ppi。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
(1)采用稀土 重量百分比為80%~90%的鎂稀土中間合金作為原材料，這種中間合金的生產(chǎn)成本要低于傳統(tǒng)的中間合金，從而顯著降低稀土鎂合金原材料成本；
(2)合金熔煉以及熔劑精煉時(shí)均在熔體溫度較高的情況下進(jìn)行，確保稀土熔化均勻，提高熔劑捕獲夾雜、造渣的能力，同時(shí)采取氣體保護(hù)措施，防止稀土和鎂熔體高溫氧化；
(3)采用泡沫陶瓷在澆注鑄件或鑄錠時(shí)進(jìn)行過濾，可實(shí)現(xiàn)熔體的進(jìn)一步純凈化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0020]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，包括配制原料步驟、熔煉步驟、熔劑精煉步驟、以及澆注步驟，其中配置原料步驟中的稀土元素以鎂稀土中間合金的形式加入，并且稀土元素總重量占鎂稀土中間合金的80%~90%，這種中間合金的生產(chǎn)成本要低于傳統(tǒng)的中間合金，從而顯著降低稀土鎂合金原材料成本；并在熔煉過程中采用精煉劑精煉和氣體保護(hù)的方法進(jìn)行純凈化，同時(shí)選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾，從而可實(shí)現(xiàn)熔體的進(jìn)一步純凈化。
[0021]請參考圖1，圖1為本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法的步驟流程圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法包括如下步驟:
配制原料步驟:依據(jù)設(shè)計(jì)的合金名義成分配制原料，并將所有原料進(jìn)行預(yù)熱，并保溫一段時(shí)間；其中，所述原料包括鎂錠、鎂稀土中間合金、以及鎂鋯中間合金；熔煉步驟:加熱坩堝電阻爐，坩堝溫度升至500°C飛00°C時(shí)，加入鎂錠，蓋上坩堝電阻爐蓋，同時(shí)通入保護(hù)氣體，升溫熔化，然后依次加入鎂稀土中間合金、鎂鋯中間合金進(jìn)行熔煉，形成熔體；
熔劑精煉步驟:將熔體攪拌均勻后，加入精煉劑進(jìn)行精煉；
澆注步驟:精煉完畢后，保溫靜置一段時(shí)間，然后隨爐冷卻至澆注溫度，澆注鑄錠或鑄件，并選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾。
[0022]所述鎂稀土中間合金中的稀土元素的重量占所述鎂稀土中間合金總重量的809^90%。
[0023]所述稀土元素為Gd、Y、Nd、Sm、Ce、La、Pr中的一種或幾種。
[0024]所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱的溫度為200°C。
[0025]所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱后的保溫時(shí)間為8小時(shí)。
[0026]所述熔煉步驟中的鎂稀土中間合金的加入溫度為800°C ~820°C，若有兩種或兩種以上鎂稀土中間合金，則需在前一次稀土中間合金加入和攪拌均勻后熔體溫度回升至800°C ~820°C再次加入；鎂稀土中間合金加入和攪拌均勻后，待熔體溫度回升至780 0C ^800oC加入鎂鋯中間合金，攪拌均勻。
[0027]所述熔煉步驟中 的保護(hù)氣體為CHClF2和CO2的混合氣體，氣體流量為300ml/min~600ml/mino
[0028]所述CHClF2氣體的比例為0.8%。
[0029]所述熔劑精煉步驟具體為:在熔體攪拌均勻后，待熔體溫度升至790°C ~820°C，保溫15~30分鐘后，加入精煉劑，所述精煉劑的重量為合金總重量的2%，并充分?jǐn)嚢琛?br> [0030]所述精煉劑為JDMJ熔劑。
[0031]所述澆注步驟中保溫靜置的時(shí)間為30分鐘。
[0032]以下結(jié)合具體的制備各種稀土鎂合金的實(shí)施例對本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0033]實(shí)施例1
制備GW103K (Mg-10Gd-3Y-0.4Zr)鑄件，其熔煉及純凈化的方法包括如下步驟:配制原料步驟:按照Mg-10Gd-3Y-0.4Zr的成分，并預(yù)估熔煉燒損率，稱取鎂錠188.75kg，Mg-Gd中間合金(Gd重量百分比為90%) 26.25kg，Mg-Gd-Y中間合金(Gd重量百分比為20%，Y重量百分比為60%) 22.5kg, Mg-Zr中間合金(Zr重量百分比為30%) 12.5kg，所有原材料在200°C預(yù)熱，保溫時(shí)間8小時(shí)；
熔煉步驟:加熱坩堝電阻爐，坩堝溫度升至500°C飛00°C時(shí)，加入鎂錠，同時(shí)通入CHClF2和CO2混合氣體(CHClF2氣體比例為0.8%，氣體流量為300ml/min)，使鎂錠逐漸熔化。熔體溫度升至800°C時(shí)，加入Mg-Gd中間合金，攪拌均勻；待熔體溫度回升至820°C時(shí)，加入Mg-Gd-Y中間合金，攪拌均勻；待熔體溫度回升至780°C時(shí)，加入Mg-Zr中間合金，攪拌均勻；
熔劑精煉步驟:待熔體溫度回升至800°C，保溫15分鐘，加入市場采購的JDMJ熔劑(張家港熔劑廠),進(jìn)行精煉,邊攪拌邊加入,加入總量為5kg ；
澆注步驟:精煉完畢后，保溫靜置30分鐘，然后隨爐冷卻至740°C，澆注鑄件，氧化鎂泡沫陶瓷孔徑為lOppi，設(shè)置在橫澆道接近內(nèi)澆口處。[0034]采用上述方法，并合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，制造的GW103K稀土鎂合金鑄件內(nèi)部質(zhì)量完好，達(dá)到I類鑄件水平，且耐熱性能優(yōu)秀，附鑄試棒性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下σ b ^ 330MPa,δ 5 ≥ 3%, 200°C下 σ b ≥ 280MPa, 300°C下 σ b ≥ 200MPa。
[0035]
實(shí)施例2
制備WE54 (Mg-5.4Y-2.3Nd_l.6Gd_0.5Zr)鑄錠，其熔煉及純凈化的方法包括如下步
驟:
配制原料步驟:按照Mg-5.4Y-2.3Nd-l.6Gd_0.5Zr的成分，并預(yù)估熔煉燒損率，稱取鎂錠305.2kg，Mg-Gd-Y中間合金(Gd重量百分比為20%，Y重量百分比為60%)36kg，Mg_Y中間合金(Y重量百分比為80%) 21.6kg，Mg-Nd中間合金(Nd重量百分比為85%) 12.2kg，Mg-Zr中間合金(Zr重量百分比為30%) 25kg，所有原材料在200°C預(yù)熱，保溫時(shí)間8小時(shí)；
熔煉步驟:加熱坩堝電阻爐，坩堝溫度升至500°C飛00°C時(shí)，加入鎂錠，同時(shí)通入CHClF2和CO2混合氣體(CHClF2氣體比例為0.8%，氣體流量為600ml/min)，使鎂錠逐漸熔化。熔體溫度升至820°C時(shí)，加入Mg-Gd-Y中間合金，攪拌均勻；待熔體溫度回升至800°C時(shí)，加入Mg-Y中間合金，攪拌均勻；待熔體溫度回升至800°C時(shí)，加入Mg-Nd中間合金，攪拌均勻；待熔體溫度回升至780°C時(shí)，加入Mg-Zr中間合金，攪拌均勻；
熔劑精煉步驟:待熔體溫度回升至820°C，保溫30分鐘，加入市場采購的JDMJ熔劑(張家港熔劑廠)進(jìn)行精煉,邊攪拌邊加入,加入總量為8kg ；
澆注步驟:精煉完畢后，保溫靜置30分鐘，然后隨爐冷卻至780°C，澆注鑄錠，氧化鎂泡沫陶瓷孔徑為20ppi，直接設(shè)置在澆口杯下方。
[0036]采用上述方法制造的WE54稀土鎂合金鑄錠純凈度高，加工性能良好。
[0037]當(dāng)然，本發(fā)明提供的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法可以用于制備各種具體的稀土鎂合金，而不限于上述兩種。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提供了一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，包括配制原料步驟、熔煉步驟、熔劑精煉步驟、以及澆注步驟，其中配置原料步驟中的稀土元素以鎂稀土中間合金的形式加入，并且稀土元素總重量占鎂稀土中間合金的80%~90%，這種中間合金的生產(chǎn)成本要低于傳統(tǒng)的中間合金，從而顯著降低稀土鎂合金原材料成本；并在熔煉過程中采用精煉劑精煉和氣體保護(hù)的方法進(jìn)行純凈化，同時(shí)選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾，從而可實(shí)現(xiàn)熔體的進(jìn)一步純凈化。
[0039]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，包括如下步驟: 配制原料步驟:依據(jù)設(shè)計(jì)的合金名義成分配制原料，并將所有原料進(jìn)行預(yù)熱，并保溫一段時(shí)間；其中，所述原料包括鎂錠、鎂稀土中間合金、以及鎂鋯中間合金； 熔煉步驟:加熱坩堝電阻爐，坩堝溫度升至500°c飛00°C時(shí)，加入鎂錠，蓋上坩堝電阻爐蓋，同時(shí)通入保護(hù)氣體，升溫熔化，然后依次加入鎂稀土中間合金、鎂鋯中間合金進(jìn)行熔煉，形成熔體； 熔劑精煉步驟:將熔體攪拌均勻后，加入精煉劑進(jìn)行精煉；以及 澆注步驟:精煉完畢后，保溫靜置一段時(shí)間，然后隨爐冷卻至澆注溫度，澆注鑄錠或鑄件，并選用氧化鎂泡沫陶瓷對熔體進(jìn)行過濾。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述鎂稀土中間合金中的稀土元素的重量占所述鎂稀土中間合金總重量的80%~90%。
3.如權(quán)利要求2所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述稀土元素為Gd、Y、Nd、Sm、Ce、La、Pr中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱的溫度為200°C。
5.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述配制原料步驟中的原料預(yù)熱后的保溫時(shí)間為8小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述熔煉步驟中的鎂稀土中間合金的加入溫度為800°C ~820°C，若有兩種或兩種以上鎂稀土中間合金，則需在前一次稀土中間合金加入和攪拌均勻后熔體溫度回升至800°C ~820°C再次加入；鎂稀土中間合金加入和攪拌均勻后，待熔體溫度回升至780°C ~80(TC加入鎂鋯中間合金，攪拌均勻。`
7.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述熔煉步驟中的保護(hù)氣體為CHClF2和CO2的混合氣體，其中CHClF2氣體的比例為0.8%。
8.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述熔劑精煉步驟具體為:在熔體攪拌均勻后，待熔體溫度升至790°C ^820°C，保溫15~30分鐘后，加入精煉劑，所述精煉劑的重量為合金總重量的2%，并充分?jǐn)嚢琛?br> 9.如權(quán)利要求8所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述精煉劑為JDMJ熔劑。
10.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金熔煉及純凈化的方法，其特征在于，所述氧化鎂泡沫陶瓷的孔徑為IOppi~20ppi。
【文檔編號】B22C9/08GK103667755SQ201210353840
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】肖旅, 李寶輝, 彭立明, 鄒文兵, 付彭懷, 李中權(quán) 申請人:上海航天精密機(jī)械研究所, 上海交通大學(xué)