本發明涉及鎂合金鑄造領域，特別涉及直徑ф300-630mm的mg-gd-y-ag-zn-zr-ca系鎂合金半連續鑄造領域。
背景技術：
近年來，鎂及鎂合金作為重要的結構材料，其優勢在于密度低，比強度高和高的阻尼性能，以及切削加工性能良好，在汽車、信息電子和航空航天等對材料要求輕質高強的領域大尺寸鎂合金結構件具有廣闊的應用前景。在鎂中加入稀土，合金強度和耐熱性能大大提高，但塑性較低。研究發現mg-gd-y-ag-zn-zr-ca系鎂合金強度高，耐熱性好，塑性變形能力強，延展性高。經塑性變形后，室溫延伸率δ≥10%，200℃下抗拉強度σb≥330mpa，滿足航空航天等領域對材料高強韌、耐高溫的要求。
常規半連續鑄造制備鎂合金大鑄錠的過程中，熔液容易燒損，導致鑄錠內部存在大量的夾雜、氣孔、疏松、中心裂紋等缺陷，降低鑄錠質量并直接影響后續變形工藝和結構件的正常使用。稀土鎂合金錠坯在鑄造過程中由于稀土的大量加入增加了熔液的密度，降低了熔液的流動性，鑄錠表面冷隔嚴重；稀土加入導致金屬收縮量大，鑄造熱應力急劇增大，使得各種鑄造缺陷更易出現，特別是貫穿錠坯的穿透性裂紋，成型難度顯著提高。尤其是zn元素的添加增加了邊裂和熱裂傾向，加大了鑄造難度。本發明針對這些實際問題，協調優化各步驟的工藝參數，并利用電磁攪拌合金熔液，使熔液溫度場更均勻，溶質偏析得以消除，得到了直徑ф300-630mm、長度≥1000mm，無裂紋、表面光潔、晶粒細小、組織均勻、無溶質偏析的mg-gd-y-ag-zn-zr-ca系鎂合金的半連續鑄造工藝。
技術實現要素：
本發明針對工程應用中對鎂合金大尺寸結構件的需求，發明了vw64m高強耐熱鎂合金大錠坯半連續鑄造工藝，合金質量百分比成分為：gd:5.0-7.0%、y:2.5-4.0%、ag:0.1-0.3%、zn:0.15-1.0%、zr:0.25-0.65%、ca:0.002-0.050%，其余為mg，具體工藝步驟為：
1、熔融高純鎂錠，控制熔液溫度670-700℃，待鎂錠完全熔化后加入mg-ca中間合金和6#熔劑；在較低溫度熔化鎂錠有效降低了鎂錠燒損，從而減少氧化物夾渣；ca元素的加入有助于晶粒的細化，而熔劑有凈化熔體的作用，有效提高了鑄錠的質量；
2、鎂錠全部融化后除去熔液浮渣，防止浮渣在之后加入合金元素時被帶入熔液，在和co2的混合氣體保護下將溫度升至750-800℃，依次加入高純鋅、mg-gd中間合金、mg-y中間合金、mg-zr中間合金、高純銀，并加入6#熔劑，sf6會與鎂液生成一層致密而且穩定的mgf2保護膜，溫度繼續升高，該膜層不會被破壞，從而起到很好的保護作用，通過sf6做保護氣體的工藝生產不會造成熔液污染，而且成本低；在750℃以上加入中間合金，使中間合金中可能存在的高熔點相熔入鎂液，同時控制熔體溫度低于800℃，以降低熔體的燒損；
3、原料全部融化之后，除掉熔液表面浮渣，防止浮渣在之后攪拌精煉時被帶入熔液，通入氬氣攪拌10-20min，氬氣攪拌熔液，加速熔液的流動，使熔液溫度和成分均勻并加速溶質原子的擴散，氬氣氣泡在上浮過程中將熔液中的夾雜帶出熔液表面以便除去；
4、在sf6與co2的混合氣體保護下調整熔液溫度至760-780℃保溫20-30min，由于本工藝中加入了較多合金元素，在較高溫度保溫有效加速溶質原子擴散，消除溶質原子偏析；
5、對熔液進行靜置，控制熔液溫度680-700℃，在較高溫度下熔體的粘度低，流動性好，有利于熔體中的夾雜上浮或下沉，靜置時間：1.5-3.5h，使熔體中的夾雜有充分的時間與熔液分離；
6、澆鑄，通過氬氣壓力導出熔液，導入電磁鑄造結晶器，同時向結晶器中通入sf6與co2的混合氣體，其中，電磁鑄造工藝參數：電流80-120ma，頻率10-20hz，冷卻水流量20-35m3/h，控制爐內熔液溫度680-700℃、結晶器內熔液溫度620-660℃、拉錠速度15-35mm/min，最終澆鑄出直徑ф300-630mm、長度≥1000mm的鎂合金錠坯。
所述步驟6中電磁鑄造工藝參數：電流90-100ma，頻率18-20hz，冷卻水流量30-35m3/h。
所述步驟6中電磁鑄造結晶器中熔液高度為30-40mm。
本發明中加入了zn元素，熔體在非平衡凝固時，zn與mg、y形成的mg12yzn是一種長程有序結構，其彈性模量大于α-mg基體。采用傳統鑄造工藝zn元素宏觀偏析嚴重，mg12yzn在鑄錠心部的體積分數遠大于鑄錠邊部，導致鑄錠冷隔嚴重并且容易開裂，鑄錠尺寸越大冷隔和開裂越嚴重。本發明采用電磁鑄造，具體工藝為：電流80-120ma，低頻率10-20hz，有效攪拌了結晶器內熔體，使熔體溫度均勻，消除了zn的宏觀偏析，mg12yzn在鑄錠中分布均勻，同時保證了在攪拌結晶器內熔體的同時不會破壞熔體表面的mgf2保護膜，有效降低了氧化物等雜質，提高了鑄錠質量，最終澆鑄出直徑達ф630mm、長度≥1000mm、無裂紋、表面光潔、晶粒細小、組織均勻、無溶質偏析的mg-gd-y-ag-zn-zr-ca系鎂合金錠坯。
具體實施方式
實施例1
在容量為1噸的熔煉爐中，熔融高純鎂錠，熔融時控制熔液溫度690-700℃，在鎂錠完全融化后加入mg-ca中間合金和6#熔劑，其中ca元素占合金質量百分比的0.01%。去除熔液表面浮渣，在sf6與co2的混合氣體的保護下將溫度升至750-780℃，依次加入mg-gd中間合金、高純鋅、mg-y中間合金、mg-zr中間合金、高純銀，加入6#熔劑。在原料全部融化之后，除掉熔液表面浮渣，通入氬氣攪拌除氣10min。對熔液加蓋密封后在sf6與co2的保護下將熔液溫度調整到760-770℃，保溫20min。將電阻爐斷電，使熔液溫度保持在680-690℃，靜置1.5h。之后進行澆鑄，電流120ma，頻率15hz，冷卻水流量20m3/h，保持爐內熔液溫度690-700℃，結晶器內熔液溫度630-640℃，拉錠速度30-35mm/min。錠子在結晶器中一次水冷，在結晶器以下450mm處二次水冷，再以下，空冷。最后成功澆鑄出ф340mm的mg-6gd-3y-0.2ag-0.7zn-0.3zr-0.01ca鎂合金鑄錠。
實施例2
在容量為1噸的熔煉爐中，熔融高純鎂錠，熔融時控制熔液溫度680-690℃，在鎂錠融化后加入mg-ca中間合金和6#熔劑，其中ca元素占合金質量百分比的0.02%。去除熔液表面浮渣，在sf6與co2的混合氣體保護下將溫度升至760-790℃，依次加入mg-gd中間合金、高純鋅、mg-y中間合金、mg-zr中間合金、高純銀，加入6#熔劑。在原料全部融化之后，除掉熔液表面浮渣，通入氬氣攪拌除氣15min。對熔液加蓋密封后在sf6與co2的保護下將熔液溫度調整到760-770℃，保溫25min。將電阻爐斷電，使熔液溫度保持在680-690℃，靜置2.5h。之后進行澆鑄，電流100ma，頻率20hz，冷卻水流量30m3/h，保持爐內熔液溫度680-690℃，結晶器內熔液溫度620-630℃，拉錠速度20-25mm/min，錠子在結晶器中一次水冷，在結晶器以下500mm處二次水冷，再以下空冷。最后成功澆鑄出ф450mm的mg-6gd-3y-0.3ag-0.7zn-0.3zr-0.02ca鎂合金鑄錠。
實施例3
在容量為1噸的熔煉爐中，熔融高純鎂錠，熔融時控制熔液溫度670-680℃，在鎂錠融化后加入mg-ca中間合金和6#熔劑，其中ca元素占合金質量百分比的0.05%。去除熔液表面浮渣，通入sf6與co2的混合氣體保護熔液并將溫度升至760-790℃，依次加入mg-gd中間合金、高純鋅、mg-y中間合金、mg-zr中間合金、高純銀，加入6#熔劑。在原料全部融化之后，除掉熔液表面浮渣，通入氬氣攪拌除氣20min。對熔液加蓋密封后在sf6與co2的保護下將熔液溫度調整到770-780℃，保溫30min。將電阻爐斷電，使熔液溫度保持在680-690℃，靜置3h。之后進行澆鑄，電流80ma，頻率18hz，冷卻水流量35m3/h，保持爐內熔液溫度680-690℃，結晶器內熔液溫度620-630℃，拉錠速度15-20mm/min。錠子在結晶器中一次水冷，在結晶器以下550mm處二次水冷，再以下，空冷。最后成功澆鑄出ф630mm的mg-6gd-3y-0.2ag-0.2zn-0.4zr-0.05ca鎂合金鑄錠。