一種高鎂含量鑄造鋁鎂合金的熔煉澆注工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬材料技術領域的鋁合金熔煉鑄造工藝方法，具體涉及一種高鎂含量鑄造鋁鎂合金熔煉工藝方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金的密度小、塑形高、具有優良的導電性能和導熱性能，其表面能生成致密的氧化膜保護層，有較好的耐蝕性能。通過在純鋁的基礎上加入合金元素并通過熱處理強化后，鋁合金能具有良好的綜合力學性能，在工業上占有越來越重要的地位，大量廣泛應用于軍事、工業和交通運輸等領域。
[0003]在鋁合金鑄件選材過程中，如果鋁合金鑄件涉及到在船舶上或者在海洋氣氛服役條件的，一般選用具有較高力學性能和優異耐蝕性能的鑄造鋁鎂合金系列。如艦船上一些重要結構如雷達底座、彈箱類、武器支撐體等部件均采用鑄造鋁鎂合金制造，即通過減輕艦船的自重以提高航速和穩定性，并使得艦船及其部件具有穩定良好的服役穩定性。
[0004]但是鑄造鋁鎂合金雖然具有較高力學性能和優異耐蝕性能，但鑄造工藝性能相對較差。而且該系列合金由于鎂元素含量較高、強化合金元素含量較多，導致其熔煉工藝復雜不易掌握，限制了鑄造鋁鎂合金在大型艦船重要結構件上的推廣應用。
[0005]經對現有技術的檢索發現，在中國專利CN103074510中，提及了一種鋁鎂系鑄造鋁合金材料的精練方法。該方法采用固態精煉劑和氬氣分別進行精煉除氣，且鋁合金熔體長期保持在730?760°C之間。該方法所制得的鋁鎂合金中鎂元素收得率高，而且除氣效果較好。
[0006]在中國專利CN103060585中，也提及了一種鋁鎂系合金的熔煉方法。其具體方法是采用鋼質坩禍和石墨坩禍進行分級熔化和保溫精煉處理，最后通過在石墨坩禍中獲取熔體進行鑄件澆注成形。此方法能獲得鑄造缺陷少且鐵、硅含量較低的鋁鎂系鑄造鋁合金。
[0007]檢索中還發現，在中國專利CN104550862中，介紹了薄壁鋁鎂合金重力鑄造工藝，該方法首先將純鋁錠熔化成760?780°C的熔體，再向其中加入預熱的純鎂錠、鈦劑以及細化劑，然后加入打渣劑后進行旋轉除氣精煉，接著在熔體溫度為760°C左右進行澆注。該方法具有操作簡單、工藝變量少和工藝出品率高的特點。
[0008]然而，目前所公開的相關專利方法對于生產武器裝備需求的大型高性能鑄造鋁鎂合金鑄件而言，還稍顯欠缺。
[0009]中國專利CN103074510所提及的精煉方法雖然獲得了很高的鎂元素收得率和較好的精煉質量，但是其熔煉過程中，熔體長期處于730?760°C之間，而沒有提及熔體和熔煉坩禍之間的隔絕防護。若使用鋼質坩禍，則會因為高溫下鐵元素向溶體中擴散而導致鐵含量增加，難以滿足ZL305合金中鐵元素含量質量百分數小于0.3%的要求；若使用石墨坩禍，則會導致石墨坩禍中的硅元素析出，難以滿足ZL305合金中硅元素含量質量百分數小于0.2%的要求，并且石墨還會和鎂元素反應而發生坩禍腐蝕。該方法只能適應于生產鐵、硅等雜質元素含量要求不嚴格的鑄造鋁鎂合金。
[0010]中國專利CN 104550862中介紹的鋁鎂合金重力鑄造工藝中，鋁合金熔體溫度長期保持在760?780°C，而且沒有在熔體和熔煉坩禍間加隔絕介質，熔煉澆注過程中也沒有防止鎂元素燒損的工藝措施。該方法只能應用于普通商用以及綜合力學性能要求不高的鋁鎂合金鑄件。
[0011]而在中國專利CN103060585所提及的一種鋁鎂系合金的熔煉方法中，采用分級熔化和精煉的工藝，有效控制合金雜質含量和鎂元素的燒損。但是該工藝需要將高溫鋁合金熔體進行大量轉移，增加了產品質量風險和生產成本，而且在其精煉工藝中加入了對生態環境具有危害性的六氯乙烷。該方法只能用于生產某些特定的鋁鎂合金產品，在大規模推廣應用時成本較高。
[0012]綜上所述，在前人研究基礎上，針對現有技術中的不足，本發明來發了一種氧化防護效果顯著、雜質含量低、精煉除氣效果好且生產過程安全可控的高鎂含量鋁鎂合金熔煉鑄造工藝。本方法操作簡單，易于在工業生產中大規模推廣應用，對于促進高鎂含量鋁鎂合金鑄件在艦船設備關重結構件上的推廣應用發展具有重要意義。
【發明內容】
[0013]針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種氧化防護效果顯著、雜質含量低、精煉除氣效果好且生產過程安全可控的高鎂含量鋁鎂合金熔煉鑄造工藝。本方法操作簡單，易于在工業生產中大規模推廣應用，對于促進高鎂含量鋁鎂合金鑄件在艦船設備關重結構件上的推廣應用發展具有重要意義。
[0014]—種高鎂含量的鋁鎂合金的熔煉鑄造方法，采用鋼質坩禍進行熔煉，包括熔料、精煉、澆注步驟，其特征在于:所述坩禍在熔煉前進行預處理，所述預處理時將坩禍加熱至150?200°C，使用重量百分比為氧化鋅8±0.5%、碳酸鈣8±0.5%、水玻璃5±0.5%、滑石粉5±0.5%、氟硼酸鉀3±0.5%、水71 ±0.5%配比而成的坩禍涂料，按照坩禍內表面積(cm2)與涂料質量(Kg)比例為160?220，將坩禍涂料均勻涂刷到坩禍內壁。優選為，氧化鋅8 %、碳酸鈣8 %、水玻璃5 %、滑石粉5 %、氟硼酸鉀3 %、水71 %，以重量百分比計。在熔煉坩禍內壁制備了耐高溫鋁熔體沖刷的防護涂層來隔絕鋁熔體和坩禍間的擴散反應。
[0015]上述高鎂含量的鋁鎂合金的熔煉鑄造方法，在熔煉步驟中使用輕質覆蓋劑，所述輕質覆蓋劑由RJ-2熔劑以及占RJ-2熔劑重量百分比40%的KCl組成。防護熔體表面，熔煉過程中鎂元素燒損少。
[0016]上述高鎂含量的鋁鎂合金的熔煉鑄造方法，在精煉中使用精煉劑，所述精煉劑為ZS-AJl鋁合金精煉劑，所述精煉劑占熔體質量0.1?0.2%，由高純氬氣將精煉劑噴吹入鋁合金熔體內進行精煉。優選地，精煉時間為8?14分鐘。通過使用干燥氬氣與無鈉精煉劑配合同時精煉達到雙重凈化除氣造渣效果；
[0017]上述高鎂含量的鋁鎂合金的熔煉鑄造方法，所述熔煉條件為:在真空度為-0.068?-0.075MPa保壓2?3分鐘，然后灌注由體積份數比例為1: 99的六氟化硫和干燥氮氣組成的混合保護氣體使壓力達到0.2?0.4MPa，隨后進行澆注成型。本發明鋁鎂合金熔體在充型過程中發生氧化夾渣的幾率減小，熔體含氣量低，鑄件組織致密，各部位力學性能差異小。
[0018]上述高鎂含量的鋁鎂合金的熔煉鑄造方法，包括以下步驟:
[0019](I)按照鑄造鋁鎂合金成分要求稱原料，其中純鋁錠的鋁含量不低于99.8%，純鎂錠的鎂含量不低于99.95%，純鋅錠的鋅含量不低于99.99%，鋁鈦中間合金中鈦元素的平均含量不低于9.5%，鋁鈣中間合金中鈣元素的平均含量不低于25%，鋁鍶中間合金中鍶元素的平均含量不低于20%，鎂鈰中間合金中鈰元素的含量不低于30%，鋁鈹中間合金中鈹元素的平均含量不低于4.6% ;將純鋁錠和純鎂錠進行噴砂去掉表面氧化皮，在電阻爐中將所有原材料在300°C進行預熱處理，預熱時間不低于2小時；
[0020](2)將鋼質坩禍預熱至200°C，使用占坩禍容積1/3的沸水澆入熔煉坩禍中，待坩禍中的水再在沸騰后，將坩禍中的水全部傾倒出去；隨后清理坩禍內壁和外壁上殘留夾雜與氧化皮；
[0021](3)將坩禍加熱至150?200°C，使用重量百分比為氧化鋅8±0.5%:碳酸鈣8±0.5%:水玻璃5±0.5%:滑石粉5±0.5%:氟硼酸鉀3±0.5%:水71±0.5%配比而成的坩禍涂料，按照坩禍內表面積(cm2)與涂料質量(Kg)比例為160?220，將坩禍涂料均勻涂刷到坩禍內壁；
[0022](4)將坩禍升溫至300°C并保溫I小時后，將鋁鈦中間合金、鋁鈹中間合金和純鋁錠按照由下向上的順序緊實均勻碼于坩禍內，然后在坩禍上部鋪蓋一層石棉纖維氈；調整爐溫至880?890°C，隨著坩禍內原料熔化，按照純鋁錠、鋅錠、鋁鈣中間合金和鋁鍶中間合金的順序加入各原料；
[0023](5)當坩禍內原料熔化后，調整坩禍內熔體溫度在720?740°C，在熔體表面鋪撒輕質覆蓋劑，輕質覆蓋劑由RJ-2熔劑和占RJ-2熔劑重量百分比40%的KCl經機械混合組成；向坩禍中加入鎂鈰中間合金和純鎂錠；
[0024](6)待坩禍內原料全部溶化后，調整鋁熔體溫度為720?740°C，稱取占熔體質量0.1?0.2%的ZS-AJl鋁合金精煉劑，使ZS-AJl鋁合金精煉劑在高純氬氣帶動下吹入鋁熔體底部，噴吹精煉時間為8?14分鐘；
[0025](7)調整熔體溫度為710?720°C，準備澆注；
[0026](8)在澆注艙內放入裝有鋁合金熔體的坩禍和預制鑄型，抽取艙內空氣使真空度值達到-0.068?-0.075MPa，保壓2?3分鐘，然后向澆注艙內灌注由體積份數比例為I: 99的六氟化