[实用新型]一种镁合金及镁锂合金锭坯高纯净化高均质化熔铸系统

说明书

本实用新型公开了一种镁合金及镁锂合金锭坯高纯净化高均质化熔铸系统，主体部分由熔炼模块、转注过滤模块、模具模块、凝固均匀化模块四大模块组成，该系统辅助部分由自动化控制模块、真空模块、气体保护模块、水冷模块等组成。本实用新型采用真空和惰性气体对熔体进行保护，避免引入溶剂夹渣，并且对熔炼坩埚内部和模具内部独立地抽真空和充惰性气体，从而实现连续化生产，以及增加潜流式转注时熔体的推动力，还能最大限度减小真空室体积。通过实时追踪U型固液界面的谷底位置，对谷底位置以下的固相区进行余热均匀化，对谷底位置以上的液相区和糊状区进行冷却和外场处理，从而实现溶质元素的均匀分布和熔体自下而上的顺序凝固。

技术领域

本实用新型属于镁锂合金熔铸领域，具体涉及一种镁合金特别是镁锂合金锭坯的高纯净化高均质化熔铸系统。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，也是中国具有资源优势的有色合金品种，发展镁合金产业对于国防军工、交通运输、新能源汽车和电子3C的自主可控、升级换代、节能减排具有重要意义。镁锂合金的密度(1.35～1.65g/cm³)低于通常的镁合金(1.74～1.91g/cm³)，减重效果更加显著，特别的，高锂含量(Li含量大于6wt.％)的镁锂合金晶体结构由密排六方结构变为体心立方结构，塑性变形能力优于通常镁合金。

塑性变形能细化镁合金晶粒、焊合疏松缺陷，因此变形镁合金的力学性能远高于铸造镁合金，因此，重要的承力结构件通常采用变形镁合金。锭坯质量决定最终塑性变形产品性能的关键因素。相比于铝合金，熔铸难度大和成品率低是镁合金特别是镁锂合金广泛应用的重要制约因素。镁锂合金熔铸作为镁合金熔铸“王冠上的明珠”，高危险性和低成品率严重制约其开发和应用。镁的化学性质活泼，容易与空气中的氧气、氮气和水汽反应，形成各类固态夹渣，因此，阻燃除渣是镁合金熔炼面临的最大难题。现有的镁合金熔炼技术通常采用熔融盐(熔剂)作为覆盖剂和精炼剂，覆盖剂用于封闭液面防氧化，精炼剂用于吸附夹渣促其沉底，但盐类熔剂的使用引入难以去除的熔剂夹渣，严重恶化合金的耐蚀性和力学性能。锂化学活性比镁更高，镁锂合金阻燃除渣的难度成倍增加，通常采用真空熔铸。真空熔炼时镁的挥发严重，为抑制镁挥发，需要充入氩气调整真空室压力，同时为了降低氧气、氮气和水蒸气的分压，需要多次抽真空充氩气来稀释真空室内的有害气体。真空熔炼的质量控制难度且生产效率较低，还需要投入复杂的辅助设备及自动化控制设备。

镁合金及镁锂合金熔铸设备的发展趋势为：通过绿色、高效、自动化方式实现熔体的高纯净化和凝固组织的高均质化。常规的镁合金熔炼系统难以获得高纯净化高均质化锭坯或铸件，无法满足航空航天和生物医用等高端领域对高品质镁合金及镁锂合金的需求，主要因为现有技术尚存在如下不足之处：(1) 采用熔剂进行熔体保护和精炼会引入熔剂夹渣，严重恶化材料的耐蚀性和力学性能；(2)通常的精炼和过滤方法无法最大限度地滤除氧化夹渣和熔剂夹渣，过滤器不易更换；(3)通常的浇注方法为熔炼炉倾转浇注和输液泵转注，在模具中无法形成稳定的静态液面，存在紊流和卷气问题，也不利于实现自动化生产；(4)采用常规凝固手段获得的锭坯，往往存在严重的内外组织不均匀性和溶质区域偏析，从而影响力学性能的均匀一致性，也严重影响后续塑性变形时金属流动的均匀性，从而无法保证塑性加工产品尺寸精度；(5)当锭坯截面尺寸增加后，凝固收缩导致的内应力增大，容易造成锭坯开裂；(6)通常的真空熔炼将加料、熔炼和浇注置于同一个真空室内，连续生产时需要反复进行抽真空充惰性气体处理(洗气处理)，不利于实现连续生产，也不利于大尺寸锭坯的生产，同时，由于炉腔体积大，抽真空效率低，每一炉抽真空时间通常会占到熔铸总时间的50％，严重影响生产效率；(7)通常的均匀化工艺是将车削加工的冷铸锭重新加热至固相线以下，造成能源的消耗，对于截面尺寸较大的铸锭，能源消耗巨大。

实用新型内容

针对上述已有技术存在的不足，本实用新型提供一种镁合金及镁锂合金锭坯高纯净化高均质化熔铸系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。