鎂合金熔液含氫量測試系統(tǒng)及除氫工藝的研究.pdf

1、鎂合金鑄件容易產生氣孔、顯微疏松等缺陷，使其內在質量大幅度下降。而鎂合金的液態(tài)質量(包括氣體與夾雜物的含量等)，直接影響到鑄件的質量。在鎂合金的熔煉過程中，又缺乏氣體含量等有效檢測手段，對其液態(tài)質量進行控制。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)質量的含氫量測試裝置；研究鎂合金熔煉過程中的各種因素對鎂液中含氫量的影響、含氫量與鎂鑄件微孔的關系及除氣技

2、術等，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。
　　 首先，通過熱力學分析及歸納總結，修正了一個適用于鎂合金液含氫量與壓力及溫度變化關系的數(shù)學模型?；诘谝粴馀莘ㄔ恚⒁栽撃Ｐ蜑槔碚摶A，采用PLC控制電路，開發(fā)出一種能測定鎂液中含氫量的新型測氫裝置。該裝置能在1～3分鐘內迅速測定鎂液中氫的濃度，測試性能穩(wěn)定，誤差為±0.1cm 3 /100gMg。經過硬件與軟件抗干擾設計能有效地提高測試系統(tǒng)的工作可靠性。該

3、裝置具有簡單、快速、準確等特點。該裝置能廣泛地應用于鎂合金生產過程中的質量控制與科學研究中，為國內爐前定量檢測鎂液中含氫量，首次提供了一種有效的手段。
　　 建立了鎂合金液快速定量測氫裝置的體系結構。該體系結構包括硬件選型、數(shù)據(jù)采集處理與控制、功能設計以及軟件編程等。將采集的數(shù)據(jù)經有效性檢查、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，又通過設定采樣周期提高了系統(tǒng)的響應速度。功能設計方面充分考慮了測氫系統(tǒng)

4、現(xiàn)場使用的方便性、功能的實用性及操作的簡便性。
　　 利用研制的鎂液測氫裝置，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、保溫時間、保護方式、靜置時間、大氣濕度與除氣工藝等，對含氫量的影響。
　　 研究結果表明，鎂熔體中的含氫量隨溫度的升高而增大；氣體保護比熔劑保護的效果好，在700 ℃熔劑保護鎂液含氫量為13.9cm 3 /100g，而氣體保護則為10.3 cm 3 /100g ；
　　 隨保溫時間的延

5、長，氣體保護下的鎂熔體含氫量幾乎沒變化，而熔劑保護下的含氫量成小幅上升趨勢；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，通過線性回歸分析，建立了熔劑保護和氣體保護條件下鎂液中含氫量與溫度的關系的數(shù)學模型。結果對實際生產具有重要的指導意義。
　　 本文研究了鎂合金中含氫量、試樣厚度和除

6、氣方式對微孔組織的影響。結果表明：
　　 對砂型鑄造而言，熔劑保護下鎂液含氫量比氣體保護下要高，相應的試樣微孔量也多；
　　 同一含氫量隨鑄件厚度增加，微孔的量增多。在熔劑保護下Ar 氣除氣后微孔數(shù)量明顯少得多，且當鎂試樣厚度在30mm 時，除氣后已看不到顯微氣縮孔了，只有細小針孔。此外，用C 2 Cl 6 氣除氣的效果也是很好的。對金屬型鑄造而言，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。力學性能試驗表明：在熔劑保護下通Ar 除氣的結果是抗拉強度提高了21[％]，伸長率提高了50[％]。
　　 系統(tǒng)地研究了通Ar 除氣對AZ91 鎂合金熔體的除氣效果以及通Ar 流量、通Ar時間及精煉溫度三因子對精煉效果的影響。運用正交試驗方法找到了通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)學模型。此外，還從熱力學角度對鎂液的除氣機理進行了深入探討，建立了導入鎂熔體中惰性氣體的體積的理想熱力學關系式，并進行了動力學方面的分析。
　　 運用獲得的通Ar 除氣最佳工藝參數(shù)對鎂合金廢料熔液進行除氣凈化研究。通過對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