ZK61M变形镁合金铸造工艺研究.docx

ZK61M变形镁合金铸造工艺争论

周江;刘科研;金龙兵;张雄伟;张燕飞

【摘要】ZK61M变形镁合金铸造过程中常常消灭铸锭外表开裂.据此试验争论了合金成分(Zn、Zr含量)对铸锭组织和性能的影响,铸造工艺参数(铸造温度、冷却强度、铸造速度、结品器)对铸锭质量和开裂缺陷的影响,铸锭均匀化丁艺参数对铸锭组织和加工塑性的影响.确定了ZK61M镁合金的成分范嗣,w(Zn)=5.3%～5.5%,w(Zr)=0.6%～0.8%;优化了铸造工艺参数,防止熔体过热,铸造温度695℃～

705℃,铸造速度36mm/min～40mm/min,改进结晶器,削减二次水冷却强度;铸锭均匀化工艺参数390℃12h.这样形成了ZK61M镁合金铸锭稳定的生产工艺,大大削减了铸锭表血开裂.

【期刊名称】《轻合金加工技术》

【年(卷),期】2023(038)008

【总页数】4页(P13-16)

【关键词】ZK61M变形镁合金;铸锭开裂;铸造工艺

【作者】周江;刘科研;金龙兵;张雄伟;张燕飞

【作者单位】东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060

【正文语种】中文

【中图分类】TG292

依据生产工艺不同,镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。由于镁合金属于密排六方构造,塑性变形力量差,很难加工成板、带、棒、型材和锻件,因此当前应用较广的是铸造镁合金,承受铸件作为构造材料使用。变形镁合金的生产难度很大,技术也不完善,成为限制镁合金广泛应用的主要问题。

本课题针对ZK61M变形镁合金铸造过程中常常消灭的外表开裂问题进展系统分析,深入分析ZK61M镁合金的强韧化机理,通过对合金成分、铸造工艺以及均匀化工艺开放全面争论,确定合金成分的合理配比,优化熔铸工艺,保证铸锭质量,制定均匀化处理制度,削减开裂,提高成品率,最终形成稳定、成熟的铸造生产工艺。

1ZK61M镁合金铸锭主要缺陷分析

依据ZK61M镁合金的标准合金成分,经配料、熔炼、半连续铸造后铸锭常常会消灭外表裂纹、疏松、冷隔等缺陷,致使铸锭的成品率很低。

外表裂纹是最主要的缺陷,其成因是在半连续铸造条件下,液体金属在靠近结晶器内外表先凝固,形成铸锭表皮,当铸锭从结晶器中拉出来通过直接水冷带位置时,铸锭外表直承受到水冷却,铸锭由外向内逐步冷却收缩。当铸造过程中液穴底部未出或稍出铸锭直接水冷带位置时,铸锭外表和中心部受到的冷却速度和冷却时间不同步,造成了外层的收缩受到铸锭中心层已凝固金属的阻碍,此时铸锭内层产生压应力(见图1),外层产生拉应力和拉伸变形,以致开裂。这种裂纹是热裂纹,它通常深入铸锭表层10mm～30mm。

图1铸锭的拉应力和压应力随直径变化的曲线图

通过分析,确定从以下四方面改进ZK61M镁合金铸造工艺,以消退上述缺陷：

①从化学成分入手,争论合金主要组元对铸锭组织的影响;

②选择最正确的铸造工艺参数,使铸造温度、铸造速度、冷却强度三参数匹配适当;

③对铸造设备进展适当改造,承受推迟二次水冷的方法削减铸锭开裂倾向;

④制定合理的均匀化处理制度,保证铸锭组织及削减铸锭开裂。2研制主要内容及结果分析

化学成分争论

争论主要组元Zn和Zr对ZK61M变形镁合金铸锭组织的影响。

Zn对ZK61M变形镁合金铸锭组织的影响

合金的工艺性能取决于合金的成分,为保证合金的熔铸、压力加工性能,必需选择适宜的合金成分。由Mg-Zn相图可知,随着Zn含量增加,合金的结晶区间相应加大,固相线温度急剧降低,因此铸造过程中易消灭结晶速度不全都,金属收缩受到阻碍,产生很大的内应力,从而导致铸锭产生严峻的热裂现象和组织疏松及外表冷隔缺陷。所以,应将Zn含量掌握在标准成分范围的中、下限。

Zn是ZK61M镁合金的第一主加元素,因此Zn的含量直接影响ZK61M镁合金铸锭的组织和性能。依据Mg-Zn二元相图,平衡结晶时340℃发生共晶反响L→α-Mg+Mg7Zn3。Mg7Zn3属于亚稳相,在随后的冷却过程中分解成α-Mg和MgZn。ZK61M镁合金的主要时效强化相也是由Mg-Zn二元相组成的。Zn在ZK61M镁合金中既可以提高强度,又可以提高抗腐蚀性能,但只有当Zn的质量百分含量在肯定的范围之内才可以获得优良的综合性能,当w(Zn)＞2.5%时对合金的耐腐蚀性能有负面影响。当w(Zn)＜6%时,随Zn含量增加,抗拉强度和屈服强度上升,伸长率降低;当w(Zn)＞6