[发明专利]一种高稀土含量镁合金树脂砂型铸造电磁激荡晶粒细化方法

说明书

本发明提供了一种高稀土含量镁合金树脂砂型铸造电磁激荡晶粒细化方法，包括：在砂型铸造过程中，在砂型设定位置预埋磁场施加装置和电流施加装置，并使电流施加装置伸入砂型型腔内；制备合金熔体；完成砂型中磁场施加装置、电流施加装置与砂型外电源装置的连接及检测，将合金熔体浇注至砂型型腔中，在浇注与冷却期间施加磁场，并对电流施加装置通电，实施对熔体的电磁激荡处理；S4，附加装置的拆卸，获得电磁激荡处理后的镁合金树脂砂铸件。本发明方法在铸件冷却过程中巧妙引入电磁激荡处理，解决了稀土镁合金传统Mg‑Zr晶粒细化效果不稳定、工艺优化空间小的难题，具有晶粒细化程度高，具有无污染、效率高、易于实施、适用范围广等优点。

技术领域

本发明属于合金铸造技术领域，特别涉及一种高稀土含量镁合金树脂砂型铸造电磁激荡晶粒细化方法，针对砂型铸造高稀土含量镁合金大型复杂铸件成形过程中冷却速度小、晶粒细化难的技术难题提供该方法，具有无污染、效率高、易于实施、适用范围广等优点，既能服务科研需要，又能应用于工业生产。

背景技术

镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高以及原材料价格较低等显著优点，受到越来越广泛的重视，在汽车、航空航天、军工、3C产品等领域具有广阔的应用前景。相对非稀土镁合金，稀土镁合金强度更高、耐热性能更佳，在高端产品市场中占比更大。我国是镁资源、镁合金与稀土生产大国，镁和镁合金锭产量占世界总产量的一半以上，稀土产量与出口量更是常年保持世界第一。开发与应用高性能稀土镁合金材料符合镁合金国家工程研究发展的战略需要。

镁合金为密排六方结构，Hall-Petch常数值很大(280-320MPa·μm^-1/2)，比铝合金高三倍，细晶强化效果显著。大型复杂镁合金铸件主要依靠砂型铸造成形。树脂砂型铸造尺寸稳定好、表面光洁度高、抗落砂能力强，在铸件生产中已获得广泛应用。然而，当使用传统晶粒细化剂时，特别是在工程化大熔量的熔体处理过程中，夹杂物的沉降与晶粒细化剂的沉降同步进行，最终的铸件很难同时获得低夹杂物含量与细化的凝固组织。针对大型复杂铸件，基于壁厚差异较大、浇注温度过高、冷却速率低等原因，晶粒细化难度更大、力学性能有限。当大型复杂铸件用于高性能飞行器时，将极大地阻碍了高性能飞行器的有效减重以及铸造镁合金材料的应用。随着铸件尺寸的增大与复杂程度的增加，晶粒粗化与力学性能下降的问题将进一步加剧，目前仍没有较好的解决方法。因此，针对高品质大型复杂镁合金铸件，开发出一种的高效、无污染的树脂砂型铸造晶粒细化方法非常重要。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，基于稀土具有磁性且与镁熔体之间存在电阻差异的特点，提供了一种高稀土含量镁合金树脂砂型铸造电磁激荡晶粒细化方法，具体是在树脂砂型设定位置预埋磁场施加装置，在铸件设定位置预埋电流施加装置，在浇注和凝固过程中实现：①电磁激荡增加自由晶含量；②电磁激荡增强溶质的“成分过冷”效应，从两个方面达到细化高稀土含量镁合金晶粒尺寸的目的，最终提高合金综合强韧性。该方法效率高、无污染、易于实施、铸件尺寸精度高、表面粗糙度低、组织与性能稳定，既能够应用于新型高性能镁合金铸件研制，解决晶粒细化的技术难题，也能够应用于镁合金铸件的实际生产，提升铸件力学性能，还能够为新型特种凝固技术提供设计思路与技术支撑，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种高稀土含量镁合金树脂砂型铸造电磁激荡晶粒细化方法，包括以下步骤：

S1，采用树脂砂进行砂型铸造，在砂型铸造过程中，根据铸件结构与工艺设计需要，在砂型设定位置预埋磁场施加装置和电流施加装置，并使电流施加装置伸入砂型型腔内，砂型型腔内浇铸合金熔体后，电流施加装置与合金熔体接触；

S2，根据合金组成，将合金原料加入坩埚内熔化，随后进行熔化、精炼、扒渣与静置；

S3，完成砂型中磁场施加装置、电流施加装置与砂型外电源装置的连接及检测，将合金熔体浇注至砂型型腔中，在浇注与冷却期间施加磁场，并对电流施加装置通电，实施对熔体的电磁激荡处理；