铸造铝镁合金ZL301的熔炼工艺探究

铸造铝镁合金ZL301的熔炼工艺探究

作者：刘静 陈冬梅 王堃

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2016年第06期

摘 要：本文根据铸造铝镁合金ZL301熔炼的实际情况，分析出铸造优质铝镁合金ZL301的关键环节主要有三个，分别是熔炼、铸型和热处理。熔炼的核心是隔绝氧气，铸型的关键是在凝固的过程中既要隔绝氧气，又要隔绝空气，热处理主要是温度要保持好，最佳热温度应当在430±5℃左右，保持的时间控制在18-20小时左右，冷却介质温度要合适，铸件出炉到入水要快，不能够大于15秒。

关键词：ZL301合金；熔炼工艺；铸造探析

铝镁合金优点众多，比如强度高、密度小以及用途广泛等，都是铝镁合金的优点。然而，ZL301合金的含镁量比较高，镁在一定的条件下容易发生化学反应生成氧化镁，并且氧化镁又可以和水发生反应，生成氢氧化钠和氢气，导致铸件产生大量针孔和夹渣，大大影响了铸件的机械性能。 1熔炼技术

熔炼是铸造铝镁合金的第一关键环节，如果在这个环节中没有控制好，之后进行的任何程序也不可能收获合格的铸件。熔炼的时候，除了采取低温快速熔化的手段之外，最为重要的就是防止铝镁合金的氧化，所以隔绝氧气显得至关重要。因为镁和氧气之间的化学反应发生的速度很快，只要合金液和空气有接触，就立马会生成一层黑色的氧化镁，该氧化镁的熔点大约为2800℃，在铸件凝固期间夹杂在逐渐内部，导致逐渐的机械性能严重下降。因此，当镁合金ZL301开始熔化的时候，一定要保证是真空状态，不能接触到空气，并且熔炼的全过程必须严格控制覆盖层的稠度和厚度。如果覆盖剂过稠的话容易形成硬壳，从而产生某些含有气体的空隙，太过薄弱的话又会使得覆盖不严实，导致液面暴露在空气之中。

覆盖剂一定要事先熔炼配制，除去水分和其他容易产生气体的杂质，冷谷凝固后，破碎过筛，严格密封保存。熔炼镁合金ZL301的主要原料是2°镁锭或者特1°铝锭，在进行熔炼之前，必须用温度在300-350℃条件下进行烘烤，烘烤的时间大概为2至4个小时。如果锭料的表面有严重氧化的现象，应该将氧化物去除掉再进行烘烤。准备工作做好之后就需要进行熔炼了，不同的熔炼操作程序也不一样。采用一次熔炼，不加铍、钛，也不进行精炼的方式是最为理想的。这种方式的主要熔炼步骤为：在熔炼的过程中随时控制覆盖剂的范围，尤其是控制好覆盖剂的稠度和厚度，注意纯镁加入后的搅拌方式。另外熔炼的温度一定要把控好，温度不宜过高也不宜过低。该种熔炼方式有方便、安全、成本低以及质量好的优点。 2铸型技术

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在有了好的铝镁合金液的情况下，应当立即在铸型中凝固成型，只有这样才可以得到高质量的铸件。这一环的要点除了要隔绝氧气外，还要隔绝水分。由于，镁和水在室温环境下就能够发生化学反应，因此全过程中一定不能让合金和氧气或者水有接触。要想隔绝水分可以采取的措施有三种。

第一，可以在形腔表面涂上一种特殊涂料，该涂料型号为FFD-311，涂涂料的时候厚度控制在0.2-0.3mm最合适，该涂料具有涂层致密、隔绝的作用。第二，采用全干型浇注。铸型的规格大概为200×300×500mm，型造好之后送入远红外烘干炉中，把温度调到365至400℃，时间控制在6至8个小时，出炉冷到室温进行浇注。在烘烤完之后，铸型中的水分以及在400℃以下的物质已经全部去除。第三，采用硫磺粉和硼酸结合的形式将型腔内的空气去除掉。硫磺粉和硼酸发生化学反应之后，型腔内部处于还原性气氛中，而铸件内部孔隙中的氧气已经被涂层隔绝，合金液在没有水和氧气的情况下充型然会凝固。 3热处理技术

这是铝镁合金ZL301铸造的最后一道程序，所谓善始善终，这一个环节如果控制不到位，要想获得高质量的铸件是非常困难的。淬火是为了让β相的板块结构分解固熔入α相中，进而可以最大限度的减少β相。淬火主要有三个要素，分别是淬火介质、温度以及加热保温时间。

首先是温度的选择。当镁元素的含量处在10-12%之间的时候，淬火温度超过共晶温度就容易产生大量的液相，引起过烧现象；如果小于400℃的话，β相固溶速度会非常缓慢。所以，要想达到既不过烧也又要加快β相固溶目标的话，应当将淬火的温度控制在430±5℃。 其次是加热保温时间。含镁量的多少会直接影响到你凝固中β相能够析出多少。当含镁量在10%左右的时候，温度为435℃，β相完全固溶需要20个小时；含镁量为13%的时候需要30个小时。因此，合金ZL301的铸件淬火最为适宜的加热保温时间应当控制在18至20小时。

最后是冷却速度。合金ZL301淬火的时候必须要尽快将其冷却下来，才可以将镁固溶与α相中，不然容易析出板状β相。冷却时的冷却介质温度要低，并且拥有超强的冷却能力。与此同时，还必须考虑到一旦冷却过快，容易导致淬火铸件变形，因此冷却介质温度控制在80至100℃最为合适。 4结语

铝镁合金ZL301在铸造的过程中一定要掌握好熔炼、铸型以及热处理三个方面，否在要想铸造出优质的铝镁合金ZL301是不可能的。

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参考文献：

[1]陈平.大型铝镁合金铸件成型工艺研究[D].南京理工大学，2007.