镁合金的实验室熔炼制备工艺设计(附件)【字数：16630】
摘 要摘 要与其他合金相比，镁合金具有密度小，比强度以及比刚度高等优良性能，是目前研究最热门的材料之一。但是镁合金易氧化，在熔炼的过程中易形成氧化夹渣、气孔等缺陷。工业上镁合金熔炼制备工艺逐渐发展成熟，然而在实际科研工作中，在简陋的实验室条件下由于受实验设备等的限制，其熔炼制备工艺有别于成熟工业常采用的工艺。本文基于实验室简陋的条件下对镁合金熔炼设备进行简单改造，并且对其工艺重新设计。文章从熔炼炉、熔炼坩埚以及浇注模具等方面来改造镁合金熔炼设备选择实验室常见井式电阻炉进行熔炼；用挡渣配合坩埚进行除渣；选用TL—4号涂料对浇注模具进行喷涂。从熔炼、精炼以及浇注等方面来重新设计其在实验室的制备工艺选择SF6和CO2为阻燃气体进行保护熔炼且设定配比分数为SF6CO2 =1:40；熔炼过程中温度达到730℃时加入Mg-Zr中间合金进行合金化，对熔液搅拌3~5min并保温静置15~30min；精炼过程选用RJ-2精炼剂，加入后对熔液搅拌5~8min并升温至760℃保温静置约25min；浇注前先向模具内通入保护气体2~3min，在720℃时进行浇注。最后，对按照此工艺制备出的铸锭进行组织与缺陷的观察和分析，对设计出的工艺进行评定，为进一步优化工艺奠定基础。关键词镁合金；熔炼；精炼；组织；缺陷
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本课题研究的意义和目的 1
1.2 镁合金的应用 2
1.3 镁合金熔炼保护技术的研究现状以及存在的问题 3
1.3.1 熔剂保护法 3
1.3.2 无熔剂气体保护法 3
1.3.3 合金元素法 4
1.4 镁合金的变质以及精炼 5
1.4.1 镁合金的变质 5
1.4.2 镁合金的精炼 5
1.5 本文的主要研究内容 6
第二章 镁合金熔炼设备改造及设定 8
2.1 镁合金熔炼坩埚的选用及改造 8
2.2 镁合金熔炼炉的选用 9
2.3 镁合金除渣设备的选用及设定 11
2.4 浇注模具设定 12
第三章 镁合金的熔炼工艺设计 15
3.1 镁合金熔炼阻燃方式的选用及设定 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2 精炼剂的选用 19
3.3 导气管的设定 21
3.3.1 导气管口距镁合金液面的距离对保护气体流场的影响 22
3.3.2 导气管数量对保护气体流场的影响 23
3.4 镁合金的实验室熔炼制备流程 24
第四章 熔炼工艺评定 38
4.1 组织形貌观察 38
4.2 断口形貌观察 38
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
绪论
本课题研究的意义和目的
镁的蕴藏量巨大，在地壳中的储量居第八位，约占地壳质量的2.35%。镁盐资源的存在方式可分为两种形式，一种以液体矿的形式存在于海水、地下卤水以及盐湖卤水中；另一种以固体矿形式存在，主要有菱镁矿、白云石矿和蛇纹石等。
金属镁有其显著的优点[1]：密度小、比强度高、易加工等，同时又有耐蚀性差、耐磨性差、易燃等缺点。纯镁一般不用作结构材料，因而其用于工程领域的情况比较少。而在镁中添加一些元素，如铝、锌、锆等，即可形成镁合金，从而作为结构材料得到广泛的应用。
镁合金是现有的工程金属材料中密度最小的，密度范围一般为1.75~1.90t/m3。镁合金的强度以及弹性模量不及铝合金和钢，但是其比强度远远比它们高，比刚度与其大致相同。虽然镁合金的比强度不及工程塑料，但是弹性模量和比刚度明显大于工程塑料，且其比工程塑料绿色环保，因此在越来越多的领域代替工程塑料发挥作用。表11详细列出了镁合金与几种常见材料在性能方面的比较。
表11 镁合金与常用材料性能比较
材料
ρ/g?cm3
E/GPa
σ/MPa
比强度（σ/ρ）
a/W?m1?k1
减震系数/%
切削阻力
镁合金
1.74~1.9
45
180~300
118~172
157
30~60
1.0
钢
7.8
210
200~500
27~64
46
—
3.5
铝合金
2.7
70
200~350
73~128
247
2~5
1.8
铸铁
7.15
180
200~400
27~54
80
10~17
3.8
工程塑料
1.13
15~25
100~250
50~167
20~50
—
—
由于镁合金相比于其他材料，在许多方面有着不可替代的优点。因而，在当今材料轻量化的变革中，镁合金正在引起愈来愈多工程领域的重视，并将得到大力的开发与推广。各种行业对于镁合金日益增长的需求量导致世界范围内对于镁合金应用的竞争也日趋激烈。正因镁合金在可预见的未来将扮演着越来越重要的角色，世界范围内对于镁合金研究的拉锯战已经打响。这样的大环境导致对于镁合金的科研活动越来越多，所以实验人员在实际的研究中也常常需要用到镁合金，但不同于工业上的大批量生产，试验用镁合金通常是小批量的。在实际科研工作中，需要熔炼制备少量实验镁合金材料时，在简陋的实验室条件下由于受实验设备等的限制， 其熔炼制备工艺有别于成熟工业常采用的工艺，因此需要对镁合金熔炼制备工艺重新设计，来用于实验室条件下生产制备镁合金。
综上所述，镁合金在生产生活中有着广阔的运用前景，但镁合金易氧化，熔炼过程中易形成氧化夹渣、气孔等缺陷将对其组织性能产生不同的影响。工业上镁合金熔炼的技术已经日趋成熟，但在实验室的条件下，镁合金熔炼制备的一整套工艺流程尚不成熟。如何设计出镁合金在实验室条件下的熔炼制备工艺，以获得缺陷最少的镁合金材料成为了一个具有现实性意义的问题。
镁合金的应用
与其他合金相比，镁合金的密度小，比强度以及比刚度高，同时还具有良好的散热性和消震性，抗辐射能力强，因此广泛运用于汽车、电子、航天航空、国防工业等领域。
汽车行业依然是镁合金传统的最终用户，并且在世界镁工业产量增长方面有着举足轻重的地位。世界各大汽车公司都试图不断减轻汽车的自重，并且在提高汽车的性能方面有所突破。镁合金自重轻、高强度重量比的固有优势，使得镁及镁合金可用于汽车的结构和非结构件。国内外的汽车企业依据这一特点及优势，相继开发了包括镁合金座椅骨架、手动变速箱壳体、传动箱壳体、凸轮轴外壳、离合器罩、缸盖罩等在内的数十种镁合金产品。可以说镁合金材料是汽车工业最佳的选择材料。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本课题研究的意义和目的 1
1.2 镁合金的应用 2
1.3 镁合金熔炼保护技术的研究现状以及存在的问题 3
1.3.1 熔剂保护法 3
1.3.2 无熔剂气体保护法 3
1.3.3 合金元素法 4
1.4 镁合金的变质以及精炼 5
1.4.1 镁合金的变质 5
1.4.2 镁合金的精炼 5
1.5 本文的主要研究内容 6
第二章 镁合金熔炼设备改造及设定 8
2.1 镁合金熔炼坩埚的选用及改造 8
2.2 镁合金熔炼炉的选用 9
2.3 镁合金除渣设备的选用及设定 11
2.4 浇注模具设定 12
第三章 镁合金的熔炼工艺设计 15
3.1 镁合金熔炼阻燃方式的选用及设定 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2 精炼剂的选用 19
3.3 导气管的设定 21
3.3.1 导气管口距镁合金液面的距离对保护气体流场的影响 22
3.3.2 导气管数量对保护气体流场的影响 23
3.4 镁合金的实验室熔炼制备流程 24
第四章 熔炼工艺评定 38
4.1 组织形貌观察 38
4.2 断口形貌观察 38
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
绪论
本课题研究的意义和目的
镁的蕴藏量巨大，在地壳中的储量居第八位，约占地壳质量的2.35%。镁盐资源的存在方式可分为两种形式，一种以液体矿的形式存在于海水、地下卤水以及盐湖卤水中；另一种以固体矿形式存在，主要有菱镁矿、白云石矿和蛇纹石等。
金属镁有其显著的优点[1]：密度小、比强度高、易加工等，同时又有耐蚀性差、耐磨性差、易燃等缺点。纯镁一般不用作结构材料，因而其用于工程领域的情况比较少。而在镁中添加一些元素，如铝、锌、锆等，即可形成镁合金，从而作为结构材料得到广泛的应用。
镁合金是现有的工程金属材料中密度最小的，密度范围一般为1.75~1.90t/m3。镁合金的强度以及弹性模量不及铝合金和钢，但是其比强度远远比它们高，比刚度与其大致相同。虽然镁合金的比强度不及工程塑料，但是弹性模量和比刚度明显大于工程塑料，且其比工程塑料绿色环保，因此在越来越多的领域代替工程塑料发挥作用。表11详细列出了镁合金与几种常见材料在性能方面的比较。
表11 镁合金与常用材料性能比较
材料
ρ/g?cm3
E/GPa
σ/MPa
比强度（σ/ρ）
a/W?m1?k1
减震系数/%
切削阻力
镁合金
1.74~1.9
45
180~300
118~172
157
30~60
1.0
钢
7.8
210
200~500
27~64
46
—
3.5
铝合金
2.7
70
200~350
73~128
247
2~5
1.8
铸铁
7.15
180
200~400
27~54
80
10~17
3.8
工程塑料
1.13
15~25
100~250
50~167
20~50
—
—
由于镁合金相比于其他材料，在许多方面有着不可替代的优点。因而，在当今材料轻量化的变革中，镁合金正在引起愈来愈多工程领域的重视，并将得到大力的开发与推广。各种行业对于镁合金日益增长的需求量导致世界范围内对于镁合金应用的竞争也日趋激烈。正因镁合金在可预见的未来将扮演着越来越重要的角色，世界范围内对于镁合金研究的拉锯战已经打响。这样的大环境导致对于镁合金的科研活动越来越多，所以实验人员在实际的研究中也常常需要用到镁合金，但不同于工业上的大批量生产，试验用镁合金通常是小批量的。在实际科研工作中，需要熔炼制备少量实验镁合金材料时，在简陋的实验室条件下由于受实验设备等的限制， 其熔炼制备工艺有别于成熟工业常采用的工艺，因此需要对镁合金熔炼制备工艺重新设计，来用于实验室条件下生产制备镁合金。
综上所述，镁合金在生产生活中有着广阔的运用前景，但镁合金易氧化，熔炼过程中易形成氧化夹渣、气孔等缺陷将对其组织性能产生不同的影响。工业上镁合金熔炼的技术已经日趋成熟，但在实验室的条件下，镁合金熔炼制备的一整套工艺流程尚不成熟。如何设计出镁合金在实验室条件下的熔炼制备工艺，以获得缺陷最少的镁合金材料成为了一个具有现实性意义的问题。
镁合金的应用
与其他合金相比，镁合金的密度小，比强度以及比刚度高，同时还具有良好的散热性和消震性，抗辐射能力强，因此广泛运用于汽车、电子、航天航空、国防工业等领域。
汽车行业依然是镁合金传统的最终用户，并且在世界镁工业产量增长方面有着举足轻重的地位。世界各大汽车公司都试图不断减轻汽车的自重，并且在提高汽车的性能方面有所突破。镁合金自重轻、高强度重量比的固有优势，使得镁及镁合金可用于汽车的结构和非结构件。国内外的汽车企业依据这一特点及优势，相继开发了包括镁合金座椅骨架、手动变速箱壳体、传动箱壳体、凸轮轴外壳、离合器罩、缸盖罩等在内的数十种镁合金产品。可以说镁合金材料是汽车工业最佳的选择材料。
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