熔体变温处理纯镁纯化工艺研究

发布时间：2017-09-29 13:36

  本文关键词：熔体变温处理纯镁纯化工艺研究

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【摘要】：镁合金由于密度小、比强度高、比刚度高等一系列优点已受到广泛的关注,与此同时也存在着抗腐蚀性能差等缺点。Fe作为恶化镁合金耐腐蚀性能的主要元素之一,如何除去已成为当今镁合金领域的一个研究热点。本文通过熔体变温处理的方法对纯镁进行了处理,根据Fe在Mg中的溶解度规律选择一个合适的温度保温静置使Fe在镁熔体中析出并沉降到坩埚底部,达到除去Fe元素纯化镁合金熔体的目的。首先采用氧化镁陶瓷坩埚在功率为5Kw的井式电阻炉上对纯镁进行了熔体变温处理,得出优化的熔体变温处理除Fe工艺参数。使用该工艺参数,采用低碳钢坩埚在功率为20Kw的电阻炉上进行了中试生产试验。通过对熔体变温处理前后的试样进行分析,得到以下研究结果:①在Mg O陶瓷坩埚中,经过熔体变温处理工艺后纯镁中的Fe含量有效降低。在温度650℃保温3h的纯化效果最好,纯镁中的Fe含量可由110ppm(0.011wt%)降低至30ppm(0.003wt%)。改变保温温度,分别在630℃、670℃、690℃保温3h时,纯镁中的Fe含量可分别降低至50ppm(0.005wt%)、40ppm(0.004wt%)、40ppm(0.004wt%)。改变保温时间,分别在650℃保温1h、2h时,纯镁中的Fe含量可分别降低至60ppm(0.006wt%)、50ppm(0.005wt%)。②金相分析发现熔体变温处理与否的两种工艺均得到的粗大的等轴晶组织,经熔体变温处理后的试样晶粒略有细化。金相结合SEM和能谱分析表明,经过熔体变温处理后,纯镁中的第二相及夹杂物含量明显降低。经过650℃保温时间3h熔体变温处理后纯镁的显微硬度从25.2提高到27.4,电导率由38.7上升到41。变温处理后纯镁的室温力学性能也明显提高,屈服强度从26.3MPa提高到31.8MPa,抗拉强度从65.6MPa提高到91.6MPa,延伸率从5.8%提高到11.7%。③经过650℃保温时间3h熔体变温处理后纯镁的抗腐蚀性能明显提升。650℃保温时间3h熔体变温处理后与未经熔体变温处理的试样的腐蚀速率均随腐蚀时间的增加而增大,当腐蚀时间超过96h后,两者的腐蚀速率趋于稳定。无论是在腐蚀速率增加的阶段还是腐蚀速率趋于稳定的阶段,经过650℃保温时间3h熔体变温处理后试样的腐蚀速率均低于未经熔体变温处理的试样的腐蚀速率。④采用大容量低碳钢坩埚对纯镁进行熔体变温处理的生产中试试验,试验分三组,第一组试验未经熔体变温处理,第二组试验在650℃保温3h,浇注温度为690℃,第三组试验在650℃保温3h,浇注温度为670℃。ICP成分分析表明未经熔体变温处理浇嘴以上位置的上部、中部、低部三部分熔体的Fe含量分别为90ppm(0.009wt%),90ppm(0.009wt%),70ppm(0.007wt%)。经过熔体变温处理且浇注温度为690℃时浇嘴以上位置的上部、中部、低部三部分熔体的Fe含量分别为30ppm(0.003wt%),20ppm(0.002wt%),40ppm(0.004wt%)。经过熔体变温处理且浇注温度670℃时浇嘴以上位置的上部、中部、低部三部分熔体的Fe含量分别为40ppm(0.004wt%),40ppm(0.004wt%),40ppm(0.004wt%)。结果表明采用大装置对纯镁进行熔体变温处理也能有效降低纯镁中的Fe含量,且浇注温度从670℃升高至690℃对纯化效果影响不大。⑤以Fe原子在镁熔体中的沉降行为为研究对象,根据Fe原子在镁熔体中所受重力、浮力、运动粘性阻力等建立平衡方程式,获取受纯镁熔体温度、熔体粘性系数、保温时间等因素控制的Fe原子在纯镁熔体变温处理过程中的沉降速度与沉降距离模型:dfg218)1(γμγν-ρ=,kt g Sdf693.018)1(2--=γμργ。借助模型对陶瓷坩埚试验中Fe的沉降纯化的效果进行了分析。
【关键词】：纯镁 Fe 熔体变温处理 组织 性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 镁及镁合金概述10-14
• 1.2.1 镁的主要性质10-11
• 1.2.2 镁及镁合金的主要特点11-12
• 1.2.3 镁合金的应用12-14
• 1.3 镁合金中的杂质及危害14-17
• 1.3.1 镁合金中的夹杂物分类14
• 1.3.2 镁合金中夹杂的危害14-17
• 1.4 镁合金纯净化方法17-22
• 1.4.1 熔剂净化法17-19
• 1.4.2 过滤净化法19-20
• 1.4.3 吹气净化法20-21
• 1.4.4 稀土净化法21
• 1.4.5 复合净化法21-22
• 1.5 课题研究的目的及意义22
• 1.6 课题研究内容22-24
• 2 实验材料及方法24-28
• 2.1 实验材料及熔炼工艺24
• 2.2 实验方法及设备24-28
• 3 陶瓷坩埚纯镁熔体变温处理试验28-41
• 3.1 前言28
• 3.2 氧化镁陶瓷坩埚纯化处理实验结果讨论28-39
• 3.2.1 纯镁Fe含量分析28-29
• 3.2.2 金相分析29-30
• 3.2.3 SEM及能谱分析30-34
• 3.2.4 显微硬度测试34-35
• 3.2.5 电导率测试35
• 3.2.6 室温拉伸力学性能测试35-36
• 3.2.7 失重法腐蚀性能的测试36-39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 低碳钢大坩埚纯镁熔体变温处理中试试验41-47
• 4.1 前言41
• 4.2 大装置纯镁熔体变温处理的结果讨论41-46
• 4.2.1 纯镁Fe含量分析41-42
• 4.2.2 金相分析42-43
• 4.2.3 SEM分析43-44
• 4.2.4 显微硬度测试44-45
• 4.2.5 电导率测试45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 纯镁熔体变温处理Fe原子沉降动力学模型47-54
• 5.1 前言47
• 5.2 Fe在Mg中的溶解度变化47-49
• 5.3 Fe原子沉降速度与沉降距离数学模型的建立49-52
• 5.3.1 Fe原子沉降过程中的受力分析49
• 5.3.2 阻力系数的确定49-51
• 5.3.3 Fe原子自由沉降速度与距离的计算51-52
• 5.4 Fe原子沉降数学模型的讨论与验证52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 结论54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 林翠,李晓刚,李明,王凤平;Mg合金AZ91D在城市大气环境中的腐蚀行为[J];金属学报;2004年02期

2 张军,何良菊,李培杰;镁合金熔体净化工艺的研究[J];铸造;2005年07期

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本文编号：942337