Mg-Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法技术

本发明专利技术涉及Mg

【技术实现步骤摘要】
Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法


[0001]本专利技术涉及冶金技术、金属材料技术和铸造
，特别是涉及Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法。

技术介绍

[0002]大部分镁合金制品都是由常规铸造而来。随着镁合金应用领域的扩展，对采用镁合金生产薄壁铸件、复杂铸件和大型铸件提出了更高的要求。那么在铸造工艺的精细化管理和改进方面，尤其是在铸造缺陷的控制方面的要求，亦在逐步提高。
[0003]疏松、缩孔和热裂是常见的铸造缺陷，显著影响镁合金铸件的质量和成品率。这些缺陷与镁合金熔体凝固过程中的液体补缩、凝固收缩等凝固行为密切相关。因此，对镁合金熔体的凝固行为进行定量预测，能够为精准控制镁合金凝固过程中的铸造缺陷数量和出现概率提供支持，从而为铸造工艺的制定和改进提供技术参考。
[0004]另一方面，镁合金熔体的凝固行为又与合金成分密切相关，在镁熔体中添加不同种类的合金元素，以及所添加合金元素含量的不同均会显著改变镁合金的凝固行为。因此，首先建立合金元素种类、含量与镁合金凝固行为的定量关系，是精准、合理制定或改进镁合金铸造工艺，生产高品质镁合金铸件的基础。
[0005]锆(Zr)元素是诸如Mg
‑
Zn
‑
Zr等商用镁合金中所添加的重要合金元素之一，合金应用于多个领域。Zr的添加以及不同的Zr含量对镁合金熔体的凝固行为影响十分显著。因此，定量表征含Zr量对镁合金熔体凝固行为的影响，专利技术出一种依据镁合金熔体中的含Zr量预测镁合金熔体凝固行为的方法至关重要。
[0006]镁合金熔体的凝固行为主要表现为熔体在凝固过程中的膨胀行为与收缩行为，本专利技术提供了一种根据镁合金的含Zr量，预测合金在凝固过程中的膨胀率和收缩率的方法。该方法能够为含Zr镁合金铸造工艺的制定和改进、提高含Zr镁合金铸件质量和成品率等方面提供技术支持和数据支撑。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有的含Zr镁合金熔体凝固过程中的膨胀和收缩行为未受重视、相应膨胀率和收缩率无法精准预测和控制的问题，提供了Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法。依据镁合金的含Zr量，实现镁合金熔体凝固过程膨胀和收缩行为的定量准确预测。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，包括：
[0010]确定镁合金中锆元素的含量，熔炼所述镁合金，将熔炼后的所述镁合金浇入型腔进行凝固；
[0011]在凝固过程中，基于所述锆元素的含量，分别构建膨胀率预测模型和收缩率预测模型；
[0012]基于所述膨胀率预测模型和所述收缩率预测模型，预测所述镁合金的膨胀率和收缩率。
[0013]优选地，确定镁合金中锆元素的含量，熔炼所述镁合金，将熔炼后的所述镁合金浇入型腔进行凝固包括：
[0014]当所述镁合金中锆元素的重量百分比不大于2.00％时，在镁合金常规的浇铸温度下，将纯镁在坩埚中熔化，在所述坩埚中加入镁锆中间合金块体，进行搅拌，并在加入和搅拌过程中通入保护气体，得到熔炼后的所述镁合金；
[0015]将熔炼后的所述镁合金加入熔剂进行精炼，完成扒渣，并在精炼和扒渣过程中通入所述保护气体，得到熔体，将所述熔体浇入型腔进行凝固。
[0016]优选地，所述凝固过程包括：
[0017]所述镁合金发生膨胀行为，在发生所述膨胀行为结束后，开始发生收缩行为，直至所述镁合金凝固过程完全结束；
[0018]其中，所述膨胀行为包括：液相膨胀行为和凝固膨胀行为，所述收缩行为包括：液相收缩行为和凝固收缩行为。
[0019]优选地，基于所述膨胀率预测模型，预测所述镁合金发生液相膨胀行为的膨胀率包括：
[0020]基于膨胀率变化范围的第一极值点、膨胀率变化范围的第二极值点、膨胀率随锆含量线性变化的斜率和膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述液相膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比不大于0.35％时，通过所述液相膨胀行为的膨胀率预测模型，获取所述液相膨胀行为中膨胀率的线性变化，预测所述镁合金发生液相膨胀行为的膨胀率；
[0021]其中，所述膨胀率变化范围的第一极值点为0.350
‰
，所述膨胀率变化范围的第二极值点为0.250
‰
，所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率为
‑
28.994和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距为0.360
‰
。
[0022]优选地，基于所述膨胀率预测模型，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率还包括：
[0023]基于所述膨胀率变化范围的第一极值点、所述膨胀率变化范围的第二极值点、所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比大于0.35％，并小于或等于1.10％时，通过所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，获取所述凝固膨胀行为中膨胀率的线性变化，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率；
[0024]其中，所述膨胀率变化范围的第一极值点为0.250
‰
，所述膨胀率变化范围的第二极值点为0.510
‰
，所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率为27.041和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距为0.207
‰
。
[0025]优选地，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率还包含：
[0026]基于所述膨胀率变化范围的第一极值点、所述膨胀率变化范围的第二极值点、所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比大于1.10％，并小于或等于2.00％时，通过所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，获取所述凝固膨胀行为中膨胀
率的线性变化，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率；
[0027]其中，所述膨胀率变化范围的第一极值点为0.510
‰
，所述膨胀率变化范围的第二极值点为0.090
‰
，所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率为
‑
44.231和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距为0.977
‰
。
[0028]优选地，获取所述液相膨胀行为或所述凝固膨胀行为中膨胀率的线性变化的方法为：
[0029]ye＝kex+be
[0030]其中，y
e
为膨胀率，x为镁合金中锆元素的含量，k
e
为膨胀率随锆含量线性变化模型的斜率，b
e
为膨胀率随锆含量线性变化模型的截距。
[0031]优选地，基于所述收缩率预测模型，预测所述镁合金发生液相收缩行为的收缩率包括：
[0032]基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，包括：确定镁合金中锆元素的含量，熔炼所述镁合金，将熔炼后的所述镁合金浇入型腔进行凝固；在凝固过程中，基于所述锆元素的含量，分别构建膨胀率预测模型和收缩率预测模型；基于所述膨胀率预测模型和所述收缩率预测模型，预测所述镁合金的膨胀率和收缩率。2.根据权利要求1所述的Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，确定镁合金中锆元素的含量，熔炼所述镁合金，将熔炼后的所述镁合金浇入型腔进行凝固包括：当所述镁合金中锆元素的重量百分比不大于2.00％时，在镁合金常规的浇铸温度下，将纯镁在坩埚中熔化，在所述坩埚中加入镁锆中间合金块体，进行搅拌，并在加入和搅拌过程中通入保护气体，得到熔炼后的所述镁合金；将熔炼后的所述镁合金加入熔剂进行精炼，完成扒渣，并在精炼和扒渣过程中通入所述保护气体，得到熔体，将所述熔体浇入型腔进行凝固。3.根据权利要求2所述的Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，所述凝固过程包括：所述镁合金发生膨胀行为，在发生所述膨胀行为结束后，开始发生收缩行为，直至所述镁合金凝固过程完全结束；其中，所述膨胀行为包括：液相膨胀行为和凝固膨胀行为，所述收缩行为包括：液相收缩行为和凝固收缩行为。4.根据权利要求3所述的Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，基于所述膨胀率预测模型，预测所述镁合金发生液相膨胀行为的膨胀率包括：基于膨胀率变化范围的第一极值点、膨胀率变化范围的第二极值点、膨胀率随锆含量线性变化的斜率和膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述液相膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比不大于0.35％时，通过所述液相膨胀行为的膨胀率预测模型，获取所述液相膨胀行为中膨胀率的线性变化，预测所述镁合金发生液相膨胀行为的膨胀率；其中，所述膨胀率变化范围的第一极值点为0.350
‰
，所述膨胀率变化范围的第二极值点为0.250
‰
，所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率为
‑
28.994和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距为0.360
‰
。5.根据权利要求4所述的Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，基于所述膨胀率预测模型，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率还包括：基于所述膨胀率变化范围的第一极值点、所述膨胀率变化范围的第二极值点、所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比大于0.35％，并小于或等于1.10％时，通过所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，获取所述凝固膨胀行为中膨胀率的线性变化，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率；其中，所述膨胀率变化范围的第一极值点为0.250
‰
，所述膨胀率变化范围的第二极值点为0.510
‰
，所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率为27.041和所述膨胀率随锆含量线性
变化的截距为0.207
‰
。6.根据权利要求5所述的Mg
‑
Zr系合金凝固过程中膨胀率和收缩率的预测方法，其特征在于，预测所述镁合金发生凝固膨胀行为的膨胀率还包含：基于所述膨胀率变化范围的第一极值点、所述膨胀率变化范围的第二极值点、所述膨胀率随锆含量线性变化的斜率和所述膨胀率随锆含量线性变化的截距，构建所述凝固膨胀行为的膨胀率预测模型，当所述镁合金中锆元素的重量百分比大于1.10％，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙毅，曹雷刚，杨越，李纯，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：