董红刚《冶金原理及工艺》5.4 典型合金的熔炼工艺-镁合金-2014修订.pptVIP

§5.4 镁合金熔炼工艺;§ 5.4.1 镁合金的物理化学特性 (1) 镁-氧反应。在较低温度下镁的氧化速度不大，温度高于500oC时氧化速度加快。当温度超过熔点时，镁处于液态，其氧化速度更是大大加快，镁液遇氧时即发生剧烈氧化而燃烧，放出大量的热量，而生成的MgO层绝热性又很好，使反应生成的热量不能很好地散出去，因而提高了反应界面上的温度，温度的提高又反过来加速了镁的氧化，使镁燃烧加剧。如此循环下去，将使反应界面上的温度越来越高，最高甚至可达2850oC， 此时已引起镁的大量气化，使燃烧大大加剧，甚至引起爆炸。镁与氧的亲和力很大，而且生成的氧化膜是疏松的(?=0.79)，在镁中加少量铍后，由于铍富集在镁液的表面，表面含铍量约为合金中的10倍，铍氧化后填充了MgO的空隙，形成较为致密的复合氧化膜，故可降低镁液的氧化倾向，但当温度大于750oC时加铍降低氧化的作用减小。;根据镁易氧化的特点，镁合金熔炼必须采取防止氧化、燃烧的措施，如采用熔剂覆盖或防护性气氛，这与一般铝合金的熔炼工艺不同。 (2) 镁-水反应。室温下固态镁遇水即发生下列两个放热反应： Mg+H2O→MgO+H2 ↑ (5.4.1) Mg+2H2O→Mg(OH)2+ H2 ↑ (5.4.2) 室温下这两个反应进行很慢，温度升高时反应速度逐渐加快，并引起式(5.4.2)反应中生成的Mg(OH)2分解为MgO及H2O。高温时只发生前一种反应。 在其他条件相同时，镁与水汽间的反应将较Mg-O间的反应更为激烈。当熔融的镁液与水接触时，不仅由于发生上述反应而放出大量热，而且还因为反应产物中的氢与周围大气中的氧迅速反应以及液态的水受热而迅速汽化，因而将导致猛烈的爆炸，引起镁液剧烈飞溅。由于Mg-H2O反应较Mg-O反应更为激烈，故潮湿的镁切屑在通风不良处将比干切屑更容易发生自燃，空气中悬浮的湿镁粉尘的爆炸能力亦较干粉尘大得多。 ;由于Mg-H2O反应更为激烈，所以在熔化镁合金时要特别注意采取适当措施以防止发生事故。除此之外，镁合金的疏松缺陷也与镁液中的氢有关，主要来源于Mg-H2O反应，所以镁合金熔化工艺中的除气问题日益引起人们重视。 (3)镁与其他气体间的反应。镁与氮发生反应生成Mg3N2膜，此膜是多孔的，不能阻止反应继续进行。但Mg-N反应的激烈程度较Mg-H2O及Mg-O反应小，在较低温度下此反应进行得极慢。 镁与CO2反应生成的表面膜具有一定的防护作用，镁与CO2反应的激烈程度比Mg-H2O及Mg-O反应小得多，在较低温度下，其反应进行得极慢，所以可以认为CO2 对固态镁是惰性气体。 当镁处于液态时，Mg与N2、CO2的反应显著增快，但远小于Mg-H2O及Mg-O。 ;(4) 镁与某些化学物质间的反应。镁液与硫相遇时，硫即蒸发为蒸气(硫的沸点为444. 6oC) ，并在镁液表面形成致密的MgS膜。如果在大气中将硫撒在镁液上，则除了上述反应外，硫蒸气遇氧后即生成SO2，SO2与镁液相遇时生成的MgO和MgS，MgO与MgS形成的复合表面膜较致密，具有阻止镁液氧化的作用。 但温度高于750oC时， 此膜将不再起保护作用，SO2将与镁液发生剧烈反应而生成大量硫化物夹杂。 硼酸 (H3BO3) 受热后脱水变成硼酐(B2O3 ), B2O3与镁及MgO反应，生成致密的Mg3B2 和MgO·B2O3保护膜。 NH4F·HF及NH4BF4 （氟硼酸铵）和镁液相遇时即行分解，在镁液周围形成NH3及HF的保护气体，并且在镁液表面形成致密的MgF2膜及Mg3B2膜。 当镁液与上述化学物质相遇时，由于都能在镁液表面形成保护气氛或生成致密的保护膜，因而能有效地将镁液与大气隔绝起来，对镁液起保护作用。 ;§ 5.4.2 镁合金的精炼和变质处理 (1) 镁合金的精炼处理。熔炼时，镁液与炉气中的H2O反应生成MgO夹杂，镁液与N2 接触生成Mg3N2，当在熔剂保护下熔炼时，镁液中也会产生熔剂夹杂。所以镁合金和铝合金一样，必须进行精炼处理。镁合金的精炼采取的是“下部熔剂法”，即把经过充分脱水、烘烤的氯盐、氟盐组成的精炼剂撒在液面上，然后用专门的勺子使镁液上下循环流动，使精炼剂随着上下翻动，与镁液充分接触，多次循环把悬浮在镁液中的夹杂物俘获，并与精炼剂一起沉淀到坩埚底部。 (2) 镁合金的变质处理。未经变质处理的镁合金晶粒比较粗大，在厚壁处更为明显。晶粒粗大将使合金的缩松和热裂倾向大大增加，力学性能下降，所以需对镁合金液进行变质处理，使基体组织细化。;对于含铝的ZM5镁合金，可采用“过热变质”，即把精炼后的镁液升温到850~900oC, 保温10~15min，然后迅速冷却到浇注温度进行浇注。经验表明，“过热变质”的Mg-Al合金中必须含有一定量的铁。其机理可能是随着温度上升，铁在镁中的溶解量增加，迅速