一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，包括模具预热、挂隔热涂料、离心浇注参数的确定和离心浇注等。其技术要点为转速和浇注速度的确定。启动离心动力装置进行离心浇注，离心转速n按照重力系数公式计算：n=29.9(G/R)1/2其中n为离心转速，R为铸件内表面半径（m），G为重力系数。本发明解决了现有镁合金大型环件制备工艺的不足，制备出组织致密、抗拉强度好的镁合金大型环件，对镁合金的应用和镁合金离心铸造工艺的发展具有重要意义。
1.一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，其特征是工艺步骤如下：第1步：根据镁合金大型环件尺寸规格设计模具；
1）清理模具表面的锈、灰尘、残存涂料，并严格控制油污；
2）制备隔热涂料：隔热涂料组成为：以ZnO为基础的水基涂料,加入质量分数为1.5%的硼酸( H3BO3)、1.1%的烷基磺酸钠、2.0%的Na2SiO3；
3）用涂料浆滚挂法把上述涂料均匀地挂在模具内表面上，涂料厚度3~7mm，涂挂后将模具烘干保温5~6小时；
第3步：将第２步涂挂后的模具预热至200~250℃；
1）中频炉或者电阻炉加热到710~740℃，在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层1号熔剂使坩埚内表面形成一层均匀的保护层，1号熔剂中各种成分质量分数为：MgCl2为45% 、KCl 为40%、CaF2为5%、BaCl2为10%，加入经过预热的合金锭，尽量紧实，加料后向坩埚内不断通入经过均匀混合、干燥的体积比为Ar ：SF6=60%：40%的混合保护气，然后在其表面撒一层1号熔剂，待部分合金锭熔化后再向坩埚内加入合金锭，在其上方均匀撒一层1号熔剂，重复上述工序，直至炉料加完为止，在熔化过程中1号熔剂的使用量为总炉料的1~1.2%；
2）精炼：熔化温度至710℃~750℃停止加温，扒除坩埚底部的脏物，清除金属液面的熔渣，撒上一层1号熔剂，再用搅勺进行搅拌5~8分钟，将2号精炼熔剂预热至120℃~200℃，2号精炼熔剂为0.4%的菱镁矿，主要成分为MgCO3，粒度10~15，分两包用铝箔包好，装入钟罩浸入镁合金液的2/3深处，垂直方向搅动15分钟，同时不断在合金液流波峰上撒2号精炼熔剂，直到镁液表面不再有白色氧化物从熔池下部翻上来，液面干净为止，彻底扒渣，再撒上一层新的1号熔剂；变质处理后，仔细清除坩埚壁上和液面的熔渣，再搅拌8～10分钟，搅拌时翻动的波面要大，但不得破坏金属液面，搅拌动作要准确而迅速，使翻起的波浪高度保持不变，搅拌时要经常在波浪前面慢慢的撒入1号熔剂；在精炼过程中2号精炼熔剂的使用量为总炉料的1~1.5%；
3）浇包烘烤至700℃后不断通入步骤4中的混合保护气以排除包内空气；
4）当炉内测温为700℃时保温静置30~40分钟后转移到浇包内静置待浇；
１）浇注时铸型初始温度为200~250℃，浇注温度680℃；在整个浇注过程中不断向模具和浇包内通入步骤4中的干燥Ar 和SF6混合保护气；
式中n为铸型转速（r/min），R为铸件内表面半径（m），G为重力系数；
浇注前先从浇包嘴倒出占浇包现盛合金量的2~3%的合金液，然后将浇嘴接近浇口杯的上边缘10~30mm处使合金液流平稳，均匀而不间断地浇入铸型，浇口杯内不可产生漩涡；
在浇注期间浇口杯内应始终保持充满，以免杂质、氧化皮落入铸型中使铸件报废，浇铸后浇包内应留下不少于20%的合金液，以避免沉入浇包底部的杂质进入模具型腔；
第6步：浇注完成后继续通入步骤4中的干燥Ar 和SF6混合保护气，离心机器继续旋转40~60min后停车脱模后得到镁合金大型环形铸件。
2.根据权利要求1所述的一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，其特征在于，所述的镁合金大型环件尺寸在1000mm-5000mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，其特征在于，所述的镁合金是AZ系列，AJ系列，Mg-Li-Al-Sr镁合金。
一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法
技术领域
[0001] 本发明属于镁合金材料成型技术领域，具体涉及一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法。
背景技术
[0002] 镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，它具有低密度、高比强度、良好的导电、导热和铸造性能等优点，因此在汽车、仪表以及航空航天等领域有着较为广阔的应用前景，被称为21世纪的绿色环保结构材料。
[0003] 然而，镁及大部分镁合金都属于密排六方结构金属，常温下塑性变形能力较差。因此，近几十年，板、带、棒等变形镁合金产品主要是由普通半连续铸造镁合金方坯或板坯经热加工变形得到。因此，采用塑性变形方法生产大型镁合金环件在技术上受到一定的制约。
[0004] 离心铸造是将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造已经在无缝钢管、铝合金轮毂的生产中有较为成功的应用。目前，镁合金铸件都比较小，铸造方法多为金属型和压力铸造，至今还未见有关于离心铸造生产镁合金大型铸件的报道。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种新型的离心铸造生产镁合金大型环件的方法，可获得直径范围为1米~5米、组织致密、性能优良的大型镁合金环件。
[0006] 本发明所涉及的一种离心铸造生产大型镁合金环件的方法，工艺步骤如下：
[0007] 1、根据镁合金大型环件尺寸规格设计模具；
[0008] 2、对模具进行挂隔热涂料
[0009] 1）清理模具表面的锈、灰尘、残存涂料等，并严格控制油污；
[0010] 2）制备隔热涂料：隔热涂料组成为：以ZnO为基础的水基涂料,加入质量分数为1.5%的硼酸( H3BO3)、1.1%的烷基磺酸钠、2.0%的Na2SiO3；
[0011] 3）用涂料浆滚挂法把上述涂料均匀地挂在模具内表面上，涂料厚度3~7mm，涂挂后将模具烘干保温１小时；
[0012] 3、将第２步涂挂后的模具预热至200~250℃；
[0013] 4、熔炼
[0014] 1）中频炉或者电阻炉加热到710~740℃，在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层1号熔剂使坩埚内表面形成一层均匀的保护层，1号溶剂中各种成分质量分数为：MgCl2为45% 、KCl 为40%、CaF2为5%、 BaCl2为10%，加入经过预热的合金锭，尽量紧实，加料后向坩埚内不断通入经过均匀混合、干燥的体积比为Ar ：SF6=60%：40%的混合保护气，然后在其表面撒一层1号熔剂，待部分合金锭熔化后再向坩埚内加入合金锭，在其上方均匀撒一层1号熔剂，重复上述工序，直至炉料加完为止，在熔化过程中1号熔剂的使用量为总炉料的1~1.2%；
[0015] 2）精炼：熔化温度至710℃~750℃停止加温，扒除坩埚底部的脏物，清除金属液面的熔渣，撒上一层1号熔剂，再用搅勺进行搅拌5～8分钟，将2号精炼熔剂（2号精炼溶剂为0.4%的菱镁矿（主要成分为MgCO3），粒度10~15）分2包用铝箔包好，预热至120℃～200℃装入钟罩浸入镁合金液的2/3深处，垂直方向搅动15分钟，同时不断在合金液流波峰上撒2号精炼熔剂，直到镁液表面不再有白色氧化物从熔池下部翻上来，液面干净为止，彻底扒渣，再撒上一层新的1号熔剂；变质处理后，仔细清除坩埚壁上和液面的熔渣，再搅拌
8～10分钟，搅拌时翻动的波面要大，但不得破坏金属液面，搅拌动作要准确而迅速，使翻起的波浪高度保持不变，搅拌时要经常在波浪前面慢慢的撒入1号熔剂；在精炼过程中2号精炼熔剂的使用量为总炉料的1~1.5%；
[0016] 3）浇包烘烤至700℃后不断通入步骤3中的混合保护气以排除包内空气；
[0017] 4）当炉内测温为700℃时保温静置约30～40分钟后转移到浇包内静置待浇；
[0018] 5、浇注
[0019] １）浇注时铸型初始温度为200~250℃，浇注温度680℃；在整个浇注过程中不断向模具和浇包内通入步骤4中的干燥Ar 和SF6混合保护气；
[0020] ２）启动离心动力装置进行浇铸
[0021] 离心转速n按照重力系数公式（鲁布左夫公式）计算：
[0022] n=29.9
[0023] 式中n为铸型转速（r/min），R为铸件内表面半径（m），G为重力系数；
[0024] 浇注前先从浇包嘴倒出占浇包现盛合金量的2～3%的合金液，然后将浇嘴接近浇口杯的上边缘30～10mm处使合金液流平稳，均匀而不间断地浇入铸型，浇口杯内不可产生漩涡。在浇注期间浇口杯内应始终保持充满，以免杂质、氧化皮等落入铸型中使铸件报废，浇铸后浇包内应留下不少于20%的合金液，以避免沉入浇包底部的杂质进入模具型腔；
[0025] 6、浇注完成后继续通入步骤4中的干燥Ar 和SF6混合保护气，离心机器继续旋转40~60min后停车脱模后得到镁合金大型环形铸件；
[0026] 本发明所涉及的一种新型的离心铸造生产镁合金大型环件方法，所得到的镁合金大型环件组织致密、抗拉强度和机械性能均能达到设计要求。
具体实施方式
[0027] 实施例1
[0028] 一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，包括模具预热、挂隔热涂料、离心浇注参数的确定和离心浇注等。以AZ31为原材料，生产的镁合金环件的外径为3000mm、内径为2700 mm、高度为300 mm，其具体操作步骤及工艺参数如下：
[0029] 1、模具准备与预热，按照镁合金环件的设计尺寸要求准备离心铸造模具。模具预热至250度。
[0030] 2、挂隔热涂料
[0031] 1）清理模具表面的锈、灰尘、残存涂料等，并严格控制油污；
[0032] 2）用涂料浆滚挂法把涂料均匀地挂在模具内表面上。涂料厚度5mm。涂挂后将模具在400~500℃烘干保温5~6h，然后降至250℃保温待浇；
[0033] 3、熔炼
[0034] 1）采用6t中频感应电炉，使用中性炉衬材料，将中频炉加热到730℃，在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层1号熔剂使坩埚内表面形成一层均匀的保护层，1号溶剂中各种成分质量分数为：MgCl2为45% 、KCl 为40%、CaF2为5%、 BaCl2为10%，加入经过预热的合金锭，尽量紧实，加料后向坩埚内不断通入经过均匀混合、干燥的体积比为Ar ：SF6=60%：40%的混合保护气，然后在其表面撒一层1号熔剂，待部分合金锭熔化后再向坩埚内加入合金锭，在其上方均匀撒一层1号熔剂，重复上述工序，直至炉料加完为止，在熔化过程中1号熔剂的使用量为总炉料的1~1.2%；
[0035] 2）熔化温度至720℃停止加温，扒除坩埚底部的脏物，清除金属液面的熔渣，撒上一层1号熔剂，再用搅勺进行搅拌5～8分钟，将2号精炼熔剂（2号精炼溶剂为0.4%的菱镁矿MgCO3，粒度10~15）分2包用铝箔包好，预热至200℃装入钟罩浸入镁合金液的2/3深处，垂直方向搅动15分钟，同时不断在合金液流波峰上撒2号精炼熔剂，直到镁液表面不再有白色氧化物从熔池下部翻上来，液面干净为止，彻底扒渣，再撒上一层新的1号熔剂；变质处理后，仔细清除坩埚壁上和液面的熔渣，再搅拌8～10分钟，搅拌时翻动的波面要大，但不得破坏金属液面，搅拌动作要准确而迅速，使翻起的波浪高度保持不变，搅拌时要经常在波浪前面慢慢的撒入1号熔剂；在熔化过程中2号精炼熔剂的使用量为总炉料的1~1.5%；
[0036] 3）浇包烘烤至710℃后一不断通入经过均匀混合、干燥的体积比为Ar ：SF6=60% ：40%的混合保护气；
[0037] 4）当炉内测温为700℃时保温静置约30～40分钟后转移到浇包内静置待浇；
[0038] 4、浇铸
[0039] 启动离心动力装置进行离心浇注，浇注时转速为250r/min，浇铸过程中不断通入经过均匀混合、干燥的体积比为Ar ：SF6=60%：40%的混合保护气，浇注前先从浇包嘴倒出占浇包现盛合金量的2～3%的合金液，然后将浇嘴接近浇口杯的上边缘20mm处使合金液流平稳，均匀而不间断地浇入铸型，浇口杯内不可产生漩涡。在浇注期间浇口杯内应始终保持充满，以免杂质、氧化皮等落入铸型中使铸件报废，浇铸后浇包内应留下不少于20%的合金液，以避免沉入浇包底部的杂质进入模具型腔；
[0040] 5、浇注完成后继续通入上述干燥Ar 和SF6混合保护气，离心机器继续旋转60min后停车脱模后得到镁合金大型环形铸件；
[0041] 实施例2
[0042] 一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，包括模具预热、挂隔热涂料、离心浇注参数的确定和离心浇注等。以AZ31为原材料，生产的镁合金环件的外径为2000mm、内径为1700 mm、高度为200 mm，其具体操作步骤及工艺参数如下：
[0043] 1、 模具准备与预热，按照镁合金环件的设计尺寸要求准备离心铸造模具。模具预热至220度。
[0044] 2、 挂隔热涂料
[0045] 1）清理模具表面的锈、灰尘、残存涂料等，并严格控制油污；
[0046] 2）用涂料浆滚挂法把涂料均匀地挂在模具内表面上。涂料厚度4mm。涂挂后将模具在400~500℃烘干保温5~6h，然后降至220℃保温待浇；
[0047] 3、熔炼
