本發明涉及鎂合金半連續鑄造領域，特別涉及mg-re系超高強耐高溫鎂合金的電磁半連續鑄造。

背景技術：

一代裝備，一代材料。武器裝備的發展推動著材料本身及其加工制備技術的進步。在諸多影響材料實際應用價值的因素中，材料的密度越來越受到人們的關注。例如，在武器裝備中，減重意味著導彈有效射程的提高；在航空航天中，減重意味著飛行器有效載荷的提高。因此，設計者們在選擇材料時，密度成為主要考慮因素之一。

鎂合金作為目前最輕的金屬結構材料，其密度只有1.75~1.95g?cm^-3；此外，鎂合金還具有高比強度、高比剛度。由于這些優異的特性，鎂合金受到越來越多的關注，尤其是在航空航天等迫切需要通過減重來提高燃油效率增加有效載荷的行業。然而常規鎂合金的絕對強度偏低，尤其是高溫性能較差，例如常見的mg-al合金的工作溫度一般不能超過120℃，而諸如汽車動力部件之類的高溫部件工作溫度都高于150℃，超過了常規鎂合金的服役溫度范圍，這大大限制了鎂合金的廣泛應用。研究發現，稀土元素（如gd、y等）的加入可大幅提高鎂合金的強度和耐熱性能。然而，稀土元素的添加同時也使得大規格稀土鎂合金鑄錠澆鑄過程中更容易熱裂，因此大規格稀土鎂合金鑄錠的制備成為限制稀土鎂合金推廣應用的技術瓶頸。目前鮮有大尺寸高稀土鎂合金鑄錠的報道。

本發明針對航空航天領域對大尺寸高強耐熱鎂合金構件的實際需求，首次提出采用電磁半連續鑄造的工藝澆鑄大規格高稀土鎂合金鑄錠，并成功制備出直徑φ340-630mm、長度1500-4500mm、組織均勻、表面光滑、無裂紋的高強鎂合金鑄錠。

技術實現要素：

為克服工程實際中大規格高強耐熱鎂合金鑄錠在澆鑄時易開裂、組織不均勻及表面質量不佳等問題，本發明提供了一種制備超高強耐高溫鎂合金大鑄錠的電磁半連續鑄造工藝，合金元素質量百分比為：gd：8.0-9.6%，y：1.8-3.2%，gd與y的含量之比為：3≤gd/y≤5，zr：0.3-0.7%，er：0.02-0.3%，ag：0.02-0.5%，其余為mg及不可去除的雜質元素。本發明的具體工藝步驟如下：

1、在熔煉爐中依次熔化高純鎂、mg-gd中間合金、mg-y中間合金、mg-zr中間合金、mg-er中間合金和純ag，爐內溫度控制在700-780℃。

2、待原料完全熔化后進行初次扒渣，去除浮于液面的熔渣。

3、熔體升溫至780-800℃，通氬氣精煉15-30min。精煉完畢后進行二次扒渣，去除浮于液面的熔渣。選擇780-800℃原因在于，在該溫度區間合金熔體的粘度較小，有利用熔體內的氣泡及夾雜隨氬氣浮出表面，從而起到凈化熔體的作用；同時還可以提高合金元素在熔體內分布的均勻性。

4、降溫至680-700℃，靜置1-2h。

5、采用裝配有勵磁線圈的結晶器在電磁場下進行半連續澆鑄，控制電磁場頻率為15-30hz，低頻電流為80-100ma，爐內熔體溫度680-700℃，結晶器內熔體溫度630-650℃，拉錠速度20-50mm/min，冷卻水強度為25-35m³/h，最終制備出直徑φ340-630mm、長度1500-4500mm、組織均勻、表面光滑、無裂紋的超高強鎂合金鑄錠。

所述第1步中熔化原料時，爐內溫度控制在750-780℃。

所述第3步精煉溫度為780-790℃，時間為15-20min；靜置溫度為680-690℃，時間為1.5-2h。

所述第4步電磁場頻率為15-20hz，低頻電流為80-90ma。

所述第4步控制澆鑄時爐內熔體溫度為680-690℃，結晶器內溫度640-650℃。

所述第4步當鑄錠直徑為φ600-630mm時，拉錠速度控制為20-25mm/min。

電磁場頻率和低頻電流值是本發明中至關重要的工藝參數，二者的合理搭配直接決定了鑄錠的質量。頻率過低或電流過低，攪拌強度不夠，不利于降低結晶器內的溫度梯度，造成鑄錠組織和成分分布不均勻；頻率過高或電流值過高，則攪拌強度過大，容易造成結晶器內液面不穩和破裂，從而將夾雜帶至鑄錠內，致使鑄錠質量下降。

合理的頻率和電流搭配產生的攪拌強度加上本發明所針對的合金中ag元素的添加所產生的高流動性，使得結晶器內熔體均勻對流，降低溫度梯度，減小液穴深度，從而制備出組織均勻、表面光滑、無裂紋的大規格超高強鎂合金鑄錠。

附圖說明

圖1為本發明制備的直徑φ340mm的超高強耐高溫鎂合金鑄錠圖；

圖2為本發明制備的直徑φ460mm的超高強耐高溫鎂合金鑄錠圖；

圖3為本發明制備的直徑φ630mm的超高強耐高溫鎂合金鑄錠圖。

具體實施方式

實施例1

于容量為1.1噸的熔煉爐中，按mg-8.5gd-2.5y-0.5zr-0.1er-0.1ag的配比依次投入高純鎂、mg-gd和mg-y中間合金、mg-zr中間合金、mg-er中間合金和純ag，熔料時溫度控制為750-780℃，投入中間合金的過程中伴隨氬氣攪拌。待原料完全熔化后，進行初次扒渣，去除熔體表面的廢渣。升溫至800℃通氬氣精煉25min，隨后進行二次扒渣。扒渣結束，清掃爐邊，封蓋降溫靜置，待溫度達到680℃時保溫1.5h。靜置完畢，采用裝配有勵磁線圈的結晶器在電磁場下進行半連續澆鑄，控制電磁場頻率為15hz，電流為80ma，爐內熔體溫度680-685℃，結晶器內熔體溫度630-635℃，拉錠速度45mm/min，冷卻水強度為25m³/h最終制備出直徑φ340mm、長度約3200mm、組織均勻、表面光滑、無裂紋的高強鎂合金鑄錠，如圖1所示。

實施例2

于容量為1.1噸的熔煉爐中，按mg-8.5gd-2.5y-0.5zr-0.1er-0.1ag的配比依次投入高純鎂、mg-gd和mg-y中間合金、mg-zr中間合金、mg-er中間合金和純ag，熔料時溫度控制為750-780℃，投入中間合金的過程中伴隨氬氣攪拌。待原料完全熔化后，進行初次扒渣，去除熔體表面的廢渣。升溫至800℃通氬氣精煉20min，隨后進行二次扒渣。扒渣結束，清掃爐邊，封蓋降溫靜置，待溫度達到685℃時保溫1.5h。靜置完畢，采用裝配有勵磁線圈的結晶器在電磁場下進行半連續澆鑄，控制電磁場頻率為18hz，電流為90ma，爐內熔體溫度685-690℃，結晶器內熔體溫度635-640℃，拉錠速度35mm/min，冷卻水強度為30m³/h最終制備出直徑φ460mm、長度約2800mm、組織均勻、表面光滑、無裂紋的高強鎂合金鑄錠，如圖2所示。

實施例3

于容量為1.1噸的熔煉爐中，按mg-8.5gd-2.5y-0.5zr-0.1er-0.1ag的配比依次投入高純鎂、mg-gd和mg-y中間合金、mg-zr中間合金、mg-er中間合金和純ag，熔料時溫度控制為750-780℃，投入中間合金的過程中伴隨氬氣攪拌。待原料完全熔化后，進行初次扒渣，去除熔體表面的廢渣。升溫至790℃通氬氣精煉20min，隨后進行二次扒渣。扒渣結束，清掃爐邊，封蓋降溫靜置，待溫度達到690℃時保溫2h。靜置完畢，采用裝配有勵磁線圈的結晶器在電磁場下進行半連續澆鑄，控制電磁場頻率為20hz，電流為100ma，爐內熔體溫度690-695℃，結晶器內熔體溫度640-645℃，拉錠速度20mm/min，冷卻水強度為35m³/h最終制備出直徑φ630mm、長度約1700mm、組織均勻、表面光滑、無裂紋的高強鎂合金鑄錠，如圖3所示。