工模具材料对镁合金熔体纯度的影响.pdf

中文摘要 摘 要 我国的镁储量十分丰富，每年的镁产量也非常高，虽然镁合金具有诸多优点， 但其在工业上的应用体量却远不及钢铁与铝合金，这主要受制于其绝对强度较低、 耐腐蚀性较差、生产成本较高等。镁合金耐腐蚀性能差的一个主要原因是其纯度 不够，尤其是Fe 、Ni 、Si 等元素会显著恶化镁合金耐腐蚀性能和力学性能，现有 镁合金生产过程中的设备和工模具以钢铁材料为主，而Fe 、Ni 、Si 等元素恰恰是 钢铁材料的主元素或常存元素，在镁合金熔铸及热变形过程中，这些钢制工模具 是否会对镁合金熔体造成污染及如何污染鲜有报道。在目前的工业生产技术条件 下，尚未能较好的除去镁合金中的 Ni ，虽然后续的精炼的手段能除去熔体中大部 分的 Fe ，但不仅会显著增加镁合金的生产成本，同时还会对生态环境造成危害， 影响了镁合金的发展和应用。 在目前的商业应用中，铸造镁合金的应用体量远大于变形镁合金，本研究以 商业应用最为广泛的AZ91D 镁合金与AM50A 镁合金为研究对象，首先通过一系 列热力学计算，初步分析工模具材料中的主体元素对镁合金熔体纯度的影响，再 结合理论计算的结果，设计一系列熔炼验证实验，再通过对熔炼实验样品的检测 分析，统计在实验过程中工模具材料对镁合金熔体纯度的影响规律，最后结合理 论计算与实验验证的结果，归纳工模具材料对镁合金熔体纯度的影响，对镁合金 熔炼工艺的优化及工模具材料的优选提供相应的依据。 本研究发现，Mn 对Fe 在镁合金熔体中的溶解度具有抑制作用，且Mn 对Cr 在镁合金熔体中的溶解度也产生了抑制的现象，同时本研究发现Al 对Ni 在镁合 金中的溶解度具有抑制作用；此外，研究发现工模具钢在680℃以下对镁合金熔体 中Fe 、Ni 、Cr 含量影响较小，多为使其含量在熔波动或小幅上升，当温度高于720℃ 时，会使镁合金熔体中 Fe 、Ni 、Cr 含量大幅上升，且温度越高，上升幅度越大； 同时研究发现，在20#钢、H13 钢、高CrNi 耐热钢中，20#钢对镁合金熔体中杂质 元素Fe 的含量影响最大，使熔体中的Fe 含量升高最多，高CrNi 钢对镁合金熔体 中Cr、Ni 含量的影响最大，尤其在较高温度下，会使熔体中的 Cr、Ni 含量大幅 上升，因此本研究建议，在镁合金的生产制备过程中，为降低工模具钢材对镁合 金熔体纯度的影响，应尽量在680℃以下进行生产加工，同时，在本研究所涉及的 工模具材料中，H13 钢对镁合金纯度的影响最小。 关键词：镁合金；熔体纯度；工模具材料；杂质元素Fe 、Ni I 英文摘要 ABSTRACT Chinas magnesium reserves are very rich, and the annual magnesium output is also very high. Although magnesium alloy has many advantages, its industrial application volume is far less than steel and aluminum alloy, which is mainly subject to its low absolute strength, poor corrosion resistance, high production costs, etc. One of the main reasons for the poor corrosion resistance of magnesium alloys is that their purity is not sufficient. Especially the elements such as Fe, Ni and Si can significantly deteriorate the corrosion resistance and mech