【摘 要】
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WE43合金(Mg-Nd-Y-Zr合金)在室温和高温环境下具有优良的强度、抗蠕变性能及结构稳定性,目前广泛应用于交通、航空航天等领域。国内外针对WE43合金的性能研究较为深入,但就其高品质熔炼工艺技术的研发鲜有报道。WE43合金因其合金元素为高熔点重稀土、高熔点难熔锆元素,最终提供批量稳定化产品所需要解决的难点多。传统熔炼工艺中,镁钇中间合金中的颗粒粒度、组分波动、沉淀偏析度等指标较差,熔炼过程易
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WE43合金(Mg-Nd-Y-Zr合金)在室温和高温环境下具有优良的强度、抗蠕变性能及结构稳定性,目前广泛应用于交通、航空航天等领域。国内外针对WE43合金的性能研究较为深入,但就其高品质熔炼工艺技术的研发鲜有报道。WE43合金因其合金元素为高熔点重稀土、高熔点难熔锆元素,最终提供批量稳定化产品所需要解决的难点多。传统熔炼工艺中,镁钇中间合金中的颗粒粒度、组分波动、沉淀偏析度等指标较差,熔炼过程易引入氧化夹杂,锆元素在铸锭产品中存在大颗粒聚集等问题,小型熔炼设备生产的产品成分不稳定,技术装备研发滞后,无法满足WE43合金产业化制备工艺的研发生产需。为解决镁钇中间合金品质不佳的问题,采用阴极共沉积电解法对镁钇中间合金进行技术优化,开发短流程、低成分波动电解工艺,制备出的镁钇中间合金的偏析程度为0.3-0.7wt%,合金收率达到95%以上,合金制备成本较传统制备工艺节省30%左右。通过镁锆合金改性工艺研究,发现溶解锆对晶粒细化起决定性作用,通过技术改进降低了锆颗粒的团聚性,锆元素收率大于80%,晶粒尺寸小于2微米。通过对熔化温度、材料添加量、熔化时间、铸造温度和保护气体浓度的研究,结合各元素实际收率、合金成分(偏析)、ICP-MS、XRD、OM、SEM等分析检测手段,获得低成本、高品质的WE43合金制备工艺。合金熔炼温度750℃,熔炼时间90min,静置时间30min,浇注温度750℃,SF6保护气浓度0.1vol.%。研发针对稀土镁合金熔炼要求的的专用中试熔炼炉及对应的熔炼技术,PLC控制分区精确控温,熔炼温度最高达850℃;冶炼设备熔炼区、精炼区、浇铸区功能优化,在合金的熔炼过程中合金元素分布较为均一,在后期浇铸过程中合金元素的氧化缺陷和重力偏析情况显著改善;分区排布8路保护气气路,实现流量精确控制。为生产低成本质均、纯净、高性能稀土镁合金提供备条件。WE43合金经固溶+时效(175℃×16h)热处理后,合金的室温综合力学性能达到最好,屈服强度为228.82MPa,抗拉强度为243.93MPa,延伸率为8.5%;固溶+时效(175℃×16h)热处理后,合金的高温综合力学性能达到最好,屈服强度为173.83 MPa,抗拉强度为223.92MPa,延伸为16%。通过工艺及部件的改进,结合合金组织、性能检测分析结果,最终形成低成本、高品质WE43稀土镁合金的产业化技术,解决了WE43合金的产业化制备技术难题,建成年产1500吨高品质稀土镁应用合金中试线,为含钇元素的稀土镁合金产业化制备工艺提供高效的技术及备解决方案。
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