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镁课堂:(四十五)镁合金铸造结晶器与电磁搅拌

日期:2020-01-20 08:05

  结晶器是铸造变形镁合金锭的模具,不仅决定了铸锭的形状和尺寸,而且直接影响着锭的品质和裂纹敏感性。镁合金圆锭结晶器的结构形式与铝合金的相同,但高度高一些。结晶器的尺寸见表1及表2。

  铸造裂纹敏感性较大的大直径锭时,宜采用较高的结晶器,且喷水角应小些。不管是圆锭结晶器还是扁锭的,其内表面粗糙度应由于镁合金扁锭尺寸较小,且铸锭冷裂纹敏感性不大,因此没有必要采用端头小面带缺口的结晶器。因为这种结晶器操作不便,尤其是见水有爆炸危险性的镁合金更不宜采用。扁锭结晶器直接置于水箱上。水箱上有两排水孔,与铸锭分别呈90°及45°角,水孔直径4mm~6mm,孔间距10mm。

  在镁合金熔铸过程中,若仅用晶粒细化处理,往往不能获得满意的细晶粒组织,若铸造时对液穴中熔体进行电磁搅拌则能获得稳定的细晶粒组织。熔体的黏滞运动可显著细化凝固后的晶粒组织,因为电磁场造成的熔体运动可引起体积结晶,形成细晶组织,不过电磁搅拌也有一些负面作用,即有一些中间金属化合物一次晶落进凝固着的锭中,成为一次晶缺陷,同时还会粗化枝晶,即使晶内结构粗化。

  一般工频感应器产生的磁场使液穴中的熔体发生定向运动,由一台电压380V、频率50Hz的降压变压器作为电源,搅拌功率的调控由变压器二次分接头承担,接头电压最大24V,电流为几十kA至几千kA。

  铸造直径≥500mm的圆锭将感应器放在液穴上方,而铸造小直径锭则宜将它置于结晶器外围。

  铸造MB1、MB8合金165mm×540mm扁锭时,感应器功率为20kW~100W,过小熔体运动不明显,≥100kW时熔体运动又过于激烈,甚至可破坏氧化膜,将其卷入锭内。

  降低液穴内熔体温度与使温度均匀,结晶范围间窄的合金则降低的少,只可能低于液相线℃。

  细化晶粒尺寸。实践证明,形核数与熔体运动速度成正比,因此熔体搅动强度大晶粒越细,如电磁搅拌器的电流为0A时,晶粒平均尺寸为600mm2,电流强度90A时,晶粒平均尺寸为200mm2,而电流强度上升到150A,则晶粒细小到只有10mm2,再提高搅拌强度对晶粒尺寸就没有影响了。

  电磁搅拌明显粗化枝晶和增加中间金属化合物一次晶数。例如在铸造MA8合金时(含1.8%Mn),没有电磁搅拌时,试片上中间金属化合物占的比例为0.02%,而搅拌电流为90A时,是间金属化合物在试片上的比例达到0.2%,为没有搅拌的10倍。

  用功率为60kV·A的感应器磁场搅拌可以完全消除MB8合金锭的柱状晶,而MB3合金只需要40kA感应器的磁场不但可以消除柱状晶组织,而且晶粒细化到原有晶粒尺寸的1/100左右。

  若将MB8合金的Mn含量控制在0.3%~0.55%,MB3合金的控制在0.4%~0.65%,则只要搅拌不管磁场大小都可以完全消除含Mn的一次晶化合物的聚焦。

  由于电磁搅拌细化了晶粒,增大了结晶前沿压力,改善了固液区的裂纹自行修复条件,可以铸得热裂纹少甚至没有热裂纹的锭。

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