鎂合金熔液含氫量測(cè)試系統(tǒng)及除氫工藝的研究.pdf

1、鎂合金鑄件容易產(chǎn)生氣孔、顯微疏松等缺陷，使其內(nèi)在質(zhì)量大幅度下降。而鎂合金的液態(tài)質(zhì)量(包括氣體與夾雜物的含量等)，直接影響到鑄件的質(zhì)量。在鎂合金的熔煉過程中，又缺乏氣體含量等有效檢測(cè)手段，對(duì)其液態(tài)質(zhì)量進(jìn)行控制。此外，鎂合金廢料的回用問題也變得越來越突出，廢料對(duì)氫含量等的影響很大。所以，本研究的主要目的是，研制出適合于爐前控制鎂合金液態(tài)質(zhì)量的含氫量測(cè)試裝置；研究鎂合金熔煉過程中的各種因素對(duì)鎂液中含氫量的影響、含氫量與鎂鑄件微孔的關(guān)系及除氣技

2、術(shù)等，從而為全面提高鎂合金的熔煉水平與鑄件的成品率提供理論基礎(chǔ)。
　　 首先，通過熱力學(xué)分析及歸納總結(jié)，修正了一個(gè)適用于鎂合金液含氫量與壓力及溫度變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型?；诘谝粴馀莘ㄔ?，并以該模型為理論基礎(chǔ)，采用PLC控制電路，開發(fā)出一種能測(cè)定鎂液中含氫量的新型測(cè)氫裝置。該裝置能在1～3分鐘內(nèi)迅速測(cè)定鎂液中氫的濃度，測(cè)試性能穩(wěn)定，誤差為±0.1cm 3 /100gMg。經(jīng)過硬件與軟件抗干擾設(shè)計(jì)能有效地提高測(cè)試系統(tǒng)的工作可靠性。該

3、裝置具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。該裝置能廣泛地應(yīng)用于鎂合金生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制與科學(xué)研究中，為國內(nèi)爐前定量檢測(cè)鎂液中含氫量，首次提供了一種有效的手段。
　　 建立了鎂合金液快速定量測(cè)氫裝置的體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)包括硬件選型、數(shù)據(jù)采集處理與控制、功能設(shè)計(jì)以及軟件編程等。將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)有效性檢查、線性化處理、數(shù)字濾波、數(shù)值整定等處理，既保證了采集數(shù)據(jù)的真值和精度，又通過設(shè)定采樣周期提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。功能設(shè)計(jì)方面充分考慮了測(cè)氫系統(tǒng)

4、現(xiàn)場(chǎng)使用的方便性、功能的實(shí)用性及操作的簡(jiǎn)便性。
　　 利用研制的鎂液測(cè)氫裝置，系統(tǒng)地研究了鎂合金熔煉過程中的各種因素，如熔煉溫度、保溫時(shí)間、保護(hù)方式、靜置時(shí)間、大氣濕度與除氣工藝等，對(duì)含氫量的影響。
　　 研究結(jié)果表明，鎂熔體中的含氫量隨溫度的升高而增大；氣體保護(hù)比熔劑保護(hù)的效果好，在700 ℃熔劑保護(hù)鎂液含氫量為13.9cm 3 /100g，而氣體保護(hù)則為10.3 cm 3 /100g ；
　　 隨保溫時(shí)間的延

5、長，氣體保護(hù)下的鎂熔體含氫量幾乎沒變化，而熔劑保護(hù)下的含氫量成小幅上升趨勢(shì)；采用Ar 氣除氣后鎂液含氫量降至6cm 3 /100g～7cm 3 /100g，除氣效果比C2Cl6 除氣更有效。隨靜置時(shí)間的延長，鎂液含氫量先是明顯下降，超過30min 后下降不明顯。同時(shí)，通過線性回歸分析，建立了熔劑保護(hù)和氣體保護(hù)條件下鎂液中含氫量與溫度的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文研究了鎂合金中含氫量、試樣厚度和除

6、氣方式對(duì)微孔組織的影響。結(jié)果表明：
　　 對(duì)砂型鑄造而言，熔劑保護(hù)下鎂液含氫量比氣體保護(hù)下要高，相應(yīng)的試樣微孔量也多；
　　 同一含氫量隨鑄件厚度增加，微孔的量增多。在熔劑保護(hù)下Ar 氣除氣后微孔數(shù)量明顯少得多，且當(dāng)鎂試樣厚度在30mm 時(shí)，除氣后已看不到顯微氣縮孔了，只有細(xì)小針孔。此外，用C 2 Cl 6 氣除氣的效果也是很好的。對(duì)金屬型鑄造而言，鎂液含氫量越少，金屬型試樣的微孔率也越少。對(duì)比了不同鑄造條件下試樣的密度

7、發(fā)現(xiàn)，砂型試樣的密度隨厚度增加或含氫量增加或微孔率增加而減小，金屬型試樣的密度無論是哪一種熔煉方式，密度都相差無幾。力學(xué)性能試驗(yàn)表明：在熔劑保護(hù)下通Ar 除氣的結(jié)果是抗拉強(qiáng)度提高了21[％]，伸長率提高了50[％]。
　　 系統(tǒng)地研究了通Ar 除氣對(duì)AZ91 鎂合金熔體的除氣效果以及通Ar 流量、通Ar時(shí)間及精煉溫度三因子對(duì)精煉效果的影響。運(yùn)用正交試驗(yàn)方法找到了通Ar 除氣工藝的最佳工藝參數(shù)匹配，即通Ar 流量為1 L/min～

8、1.5L/min，除氣時(shí)間為20 min～25min，鎂液溫度為725 ℃～750 ℃。通過非線性回歸分析，建立了鎂液除氣工藝的除氣率的數(shù)學(xué)模型。此外，還從熱力學(xué)角度對(duì)鎂液的除氣機(jī)理進(jìn)行了深入探討，建立了導(dǎo)入鎂熔體中惰性氣體的體積的理想熱力學(xué)關(guān)系式，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)方面的分析。
　　 運(yùn)用獲得的通Ar 除氣最佳工藝參數(shù)對(duì)鎂合金廢料熔液進(jìn)行除氣凈化研究。通過對(duì)比鎂合金廢料除氣凈化前后含氫量的變化發(fā)現(xiàn)，通Ar 除氣是非常有效的；比較了