專利名稱：一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料加工領域，具體涉及一種鎂合金板帶的電磁、超聲鑄軋制備方法，可以實現工業化生產，該方法可廣泛應用于鎂合金板帶的制備。
背景技術：
鎂是世界上儲量最豐富的常用金屬元素之一，為地殼層第六豐富的金屬元素，含量約為2.3%，也是海水中含量排名第三的金屬元素，總量約為海水質量的0. 14%，從平均 Im3的海水中可以提取出Ikg以上的金屬鎂，而且鹽湖中的鎂含量也非常高。鎂資源的豐富儲量以及鎂合金的高比強度、比剛度、耐磨性、減振性、電磁屏蔽性以及易切削性和易回收性等優良的綜合性能，將使其成為汽車、航空、電子傳輸等行業重要的新型結構材料。純鎂由于強度和硬度很低，不能直接用于結構材料，但是在添加了 Al、Zn、Mn、Zr 合金及稀土元素后，可以產生固溶強化、細晶強化、時效強化以及過剩強化作用來提高合金的機械性能、耐腐蝕性能和耐熱性能，大大提高其綜合性能。目前鎂及鎂合金的應用愈來愈廣泛，消耗量急劇上升，尤其在航空航天、軍工產品、交通運輸以及3C電子等領域最為顯
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者O中國在鎂資源的開發利用方面具有得天獨厚的優勢，已成為鎂的資源大國、生產大國和出口大國，但是在鎂合金產品的制備方面卻與工業發達國家尚有一定的差距，目前只能以廉價的原料為主要產品出口，造成了資源的浪費，嚴重阻礙了我國鎂金屬工業的發展。因此，開發鎂及鎂合金的低成本、高質量、短流程的生產技術，進一步提高資源的有效利用，是我國鎂金屬工業發展的方向。目前一般采用鑄錠-熱軋-溫軋的生產技術手段，該工藝路線生產成本高，能耗大，而且容易對環境造成污染。
發明內容
本發明的目的是提供一種鎂合金板帶的電磁、超聲多能場鑄軋制備方法，獲得性能優良的鎂合金板帶，該方法生產流程短、效率高，生產成本低、質量好，適合批量制備鎂合金板
市ο一種鎂合金板帶的電磁、超聲多能場鑄軋制備方法，包括以下步驟
一、按照鎂合金的組分比例配制鎂合金，置于封閉的電阻熔化爐中，在物料頂部均勻灑上一層覆蓋劑，并在氬氣保護下加熱熔化，獲得鎂合金熔體；
二、待物料溶化后，在熔體的表面加入精練劑，進行攪拌除渣和除氣，隨后靜置1520 分鐘，得到精練好的鎂合金熔體；
三、將精練好的鎂合金熔體經過預熱后的高溫流道進入前箱，經一級超聲波預處理，隨后通過鑄嘴引入到具有電磁、超聲能場的鑄軋機輥縫中(鑄軋輥采用循環水冷卻)，保持合適的液面高度。鎂合金熔體在電磁、超聲組合能場的攪拌、振動沖擊、軋輥的強制冷卻和軋制變形的作用下，強化鑄軋區的傳熱、傳質和能量轉換，實現晶核增殖，改變凝固行為，連續鑄軋出2. 5mm 6. Omm厚的鎂合金板帶(鑄軋過程中噴涂潤滑劑)。在所述步驟一中，鎂合金熔體溫度為700°C 710°C，熔化過程采用覆蓋劑和氬氣保護，取消傳統的SF6氣體，對環境無污染，對設備無腐蝕，熔煉成本低。在所述步驟一中，覆蓋劑的成分為氯化鎂50 60%，氯化鉀15 20%，氯化鈉 15 20%，氯化鈣2 10%。在所述步驟二中，精練劑的成分為氯化鎂50 60%，氯化鉀 15 20%，氯化鈉15 20%，氯化鈣2 8%，氟化鈣2 5%。在所述步驟三中，前箱溫度保持在675°C 680°C之間，液面高度保持高出軋制中心線5 6mm。在所述步驟三中，所用一級超聲波預處理功率為500W 600W，頻率為 20kHZ士 100HZ;輥縫中凝固前沿超聲波功率為400W 500W，頻率為20kHZ士200HZ。在所述步驟三中，磁場形態以行波磁場為主體，疊加一定的脈振磁場，行波磁場占 60-70%,脈振磁場占40-30%，沿軋輥軸線方向在鑄軋區中產生橢圓形磁勢。在所述步驟三中，電磁場通過勵磁電流產生，并被引導至凝固前沿，勵磁電流為三相電流，換相周期為1個完整波形，電流強度為8A 12A，中心頻率為13HZ，隨機變化頻率范圍士2 HZ。在所述步驟三中，鑄軋鎂合金板帶時軋制速度為2. 5 m/min 5m/min，輥縫為2. 0 mm 5. 4mmο在所述步驟三中，軋輥在鑄軋前預先進行烘烤處理，在鑄軋過程中噴涂納米潤滑劑。在所述步驟三中，鑄嘴采用氧化鋁、氧化鎂和石棉混合后的壓制燒結材料，在內表面涂上一層石墨，防止在鑄軋過程中高溫鎂熔體與氧化鋁發生化學置換反應，產生夾渣。在所述步驟三中，鑄軋時鑄軋輥采用循環冷卻水進行冷卻，通過調節水壓對水的流量進行調節，冷卻水最大壓力為0. 8MPa，最大流量120L/min。本發明具有如下特點
1)確定了鎂合金電磁、超聲多能場鑄軋的工藝參數與方法鎂合金的熔煉溫度為 700°C 710°C，熔煉過程采用氬氣保護，前箱溫度保持在675°C 680°C之間，液面高度保持為高出軋制中心線5 6mm，軋制速度為2. 5 5m/min，輥縫為2. 0 5. 4mm，鑄軋輥采用循環冷卻水進行冷卻，實現熔體快速凝固。2)在鑄軋前對軋輥進行烘烤，鑄軋過程中噴涂納米潤滑劑成功解決了粘輥問題，保證整個鑄軋過程順利進行。3)在鑄軋過程中引入電磁、超聲能場。電磁場參數為勵磁電流為三相電流，換相周期為1個完整波形，電流強度為8A 12A，中心頻率為13HZ，隨機變化頻率士2 HZ ； 預處理超聲波功率為500W 600W，頻率為20kHZ士 100HZ;輥縫中凝固前沿超聲波功率為 400W 500W，頻率為20kHZ士200HZ。超聲波和電磁場的引入對鑄軋過程的流場產生擾動， 提高鎂合金熔體與軋輥的接觸強度，強化熔體的凝固相變及動態形核過程，獲得細小的晶粒組織。采用電磁、超聲能場鑄軋制備的鎂合金板帶具有優良的力學性能。4)采用電磁、超聲能場鑄軋方法制備鎂合金板帶，極大地縮短了工藝流程，可節能 60 70%,使生產成本減少50%以上，生產效率提高2 3倍。
圖1為常規鑄軋法向面金相；圖2為電磁、超聲能場鑄軋法向面金相； 圖3為常規鑄軋橫截面金相； 圖4為電磁、超聲能場鑄軋橫截面金相； 圖5為常規鑄軋縱截面金相； 圖6為電磁、超聲能場鑄軋縱截面金相。
具體實施例方式以下實施例旨在進一步說明本發明，這將有助于對本發明及其優點的進一步理解，這些實例不作為對本發明的限定，本發明的保護范圍由權利要求書來決定。實施例1
按照AZ31B合金的組分配比，取鎂錠(工業純鎂)90Kg、工業純鋁2750g、純鋅910g，放入熔化爐中進行熔化，溫度為706°C，并加入1. 0%的覆蓋劑和通少量氬氣保護，防止與空氣接觸燃燒，覆蓋劑成分質量百分含量為氯化鎂55%，氯化鉀15%，氯化鈉18%，氯化鈣12%。待物料溶化后，在熔體的表面加入0. 6%的精練劑，進行攪拌除渣和除氣，精練劑成分質量百分含量為氯化鎂陽％，氯化鉀15%，氯化鈉20%，氯化鈣5%，氟化鈣5%。在鎂合金精煉的同時，加熱前箱及流道至600°C，待鎂合金熔煉完成后保溫20分鐘，使得熔體各部分的溫度均勻，傾轉熔化爐，使鎂合金熔體進入流道和前箱，在電磁、超聲波場的作用下進入軋輥輥縫的鑄軋區，控制熔體流量，使得前箱中熔體液面保持在高出軋制中心線5mm處，經過冷卻水的急速冷卻以及軋制力的作用，得到穩定、連續的鎂合金板帶。勵磁電流為三相電流，換相周期為1個完整波形，電流強度為8A 12A，中心頻率為13HZ，行波磁場點60%，脈振磁場占40%，所用一級超聲波預處理功率為550W，頻率為20kHZ;輥縫中凝固前沿超聲波功率為 400W，頻率為20kHZ。冷卻水壓力為0. 5MPa，流量80L/min。實施例2
按照ADlB合金的組分配比，取鎂錠(工業純鎂)90Kg、工業純鋁^00g、純鋅920g，放入熔化爐中進行熔化，溫度為710°C，并加入0. 8%的覆蓋劑和通少量氬氣保護，防止與空氣接觸燃燒，覆蓋劑成分質量百分含量為氯化鎂60%，氯化鉀18%，氯化鈉15%，氯化鈣7%。 待物料溶化后，在熔體的表面加入0. 5%的精練劑，進行攪拌除渣和除氣，精練劑成分質量百分含量為氯化鎂58%，氯化鉀15%，氯化鈉17%，氯化鈣5%，氟化鈣5%。在鎂合金熔煉的同時，加熱前箱及流道至550°C，待鎂合金熔煉完成后保溫15分鐘，使得熔體各部分的溫度均勻，傾轉熔化爐，使鎂合金熔體進入流道和前箱，在電磁、超聲波能場的作用下進入軋輥輥縫的鑄軋區，控制熔體流量，使得前箱中熔體液面保持在高出軋制中心線5mm處，經過冷卻水的急速冷卻以及軋制力的作用，得到穩定、連續的鎂合金板帶。勵磁電流為三相電流， 換相周期為1個完整波形，電流強度為12A，中心頻率為13HZ，行波磁場點70%，脈振磁場占 30% ；預處理超聲波功率為600W，頻率為20kHZ;輥縫中凝固前沿超聲波功率為500W，頻率為20kHZ。冷卻水壓力為0. 6MPa，流量95L/min。金相組織觀察表明
(1)常規鑄軋帶坯枝晶網胞發達，二次枝晶間距為15 20μπι，平均晶粒尺寸(直徑)約為 120 μ m左右。(2)電磁、超聲能場鑄軋帶坯枝晶網胞明顯退化，部分脫落的初生枝晶演變成塊條狀或顆粒狀細晶，而部分未被碎斷的枝晶，產生一定的塑性變形，使晶體演變成彎曲變形的
菊花狀或垂柳樹枝狀。平均晶粒尺寸(直徑)約為15 μ m左右。 同時，用本發明方法制備的鎂合金板帶的相關力學性能如下列表格中所示
表1 ADlB鎂合金鑄軋帶材拉伸試驗結果
權利要求
1.一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于包括以下具體操作步驟如下一、按照鎂合金的組分比例配制鎂合金，置于封閉的電阻熔化爐中，在物料頂部均勻灑上一層覆蓋劑，并在氬氣保護下加熱熔化，獲得鎂合金熔體；二、待物料溶化后，在熔體的表面加入精練劑，進行攪拌除渣和除氣，隨后靜置1520 分鐘，得到精練好的鎂合金熔體；三、將精練好的鎂合金熔體經過預熱后的高溫流道進入前箱，經一級超聲波預處理， 隨后通過鑄嘴引入到具有電磁、超聲能場的鑄軋機輥縫中，保持合適的液面高度，軋輥采用循環水冷卻；鎂合金熔體在電磁、超聲組合能場的攪拌、振動沖擊、軋輥強制冷卻和軋制變形作用下，強化鑄軋區的傳熱、傳質和能量轉換，實現晶核增殖，改變凝固行為，連續鑄軋出 2. 5mm 6. Omm厚的鎂合金板帶，鑄軋過程中噴涂潤滑劑。
2.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于，在步驟一中，鎂合金熔體溫度為700°C 710°C。
3.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟一中所述的覆蓋劑的成分為氯化鎂50 60%，氯化鉀15 20%，氯化鈉15 20%，氯化鈣210% ο
4.根據權利要求1所述的一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟二中所述精練劑的成分為氯化鎂50 60%,氯化鉀15 20%,氯化鈉15 20%,氯化鈣 2 8%,氟化鈣2 5%ο
5.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中，前箱溫度保持在675°C 680°C之間，液面高度保持為高出軋制中心線5-6mm。
6.根據權利要求1所述的一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中所述電磁場通過勵磁電流產生，并被引導至凝固前沿，勵磁電流為三相電流，換相周期為1個完整波形，電流強度為8A 12A，中心頻率為13HZ，隨機變化頻率范圍士2 HZ。
7.根據權利要求1所述的一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中所述一級超聲波預處理功率為500W 600W，頻率為20kHZ士 100HZ;輥縫中凝固前沿超聲波功率為400W 500W，頻率為20kHZ 士 200HZ。
8.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中所述鑄軋鎂合金板帶時軋制速度為2. 5 5m/min，輥縫為2. 0 mm 5. 4mm。
9.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中，軋輥在鑄軋前先進行預烘烤處理，在鑄軋過程中噴涂的潤滑劑為納米潤滑油。
10.根據權利要求1所述的鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法，其特征在于在步驟三中，鑄軋時鑄軋輥采用循環冷卻水進行冷卻，通過調節水壓對水的流量進行調節，冷卻水最大壓力為0. 8MPa，最大流量120L/min。
全文摘要
本發明公開了一種鎂合金板帶的多能場鑄軋制備方法。本發明將配制好的鎂合金頂部均勻灑上一層覆蓋劑，并在氬氣保護下加熱熔化；待物料熔化后在熔體的表面加入一定量精練劑，進行攪拌除渣和除氣完成精練過程，將精練好并靜置過的鎂合金熔體通過加熱后的流道與前箱，引入電磁場鑄軋機組的輥縫中，通過電磁場的攪拌、振動沖擊、軋輥強制冷卻和軋制變形作用，強化鑄軋區的傳熱、傳質和能量轉換，實現晶核增殖，改變凝固行為。本發明成功地將電磁場應用于鎂合金的鑄軋過程中，制備出的鎂合金板帶板面光潔，邊部整齊，組織及力學性能良好，且整個生產流程短、效率高，產品成本低、質量好，適合批量制備鎂合金板帶。
文檔編號B22D11/06GK102294453SQ201110273558
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者李建平, 毛大恒, 石琛 申請人:中南大學