一、鎂合金熔化爐的安全措施

1.個人防護(hù)

個人防護(hù)是從事鎂合金作業(yè)的基本條件，一般情況下，下面的防護(hù)裝備是鎂合金壓鑄人員的基本保護(hù)用品:工作服、安全帽、防護(hù)面罩、隔熱石棉手套、防火衣褲時熱700℃以均、安全鞋。

操作人員在進(jìn)行作業(yè)以前，一定要按上述要求穿戴防護(hù)用品，未穿戴防護(hù)用品的人員不要靠近作業(yè)區(qū)域，不能進(jìn)行操作。

2.鎂合金熔化爐的安全操作

鎂合金熔爐的安全操作主要有這么幾點。

①未經(jīng)過培訓(xùn)人員不得進(jìn)入設(shè)備區(qū)。

②在有鎂塵、鎂粉或鎂屑處點明火或吸煙有爆炸危險。

③設(shè)備零件帶電，不正確維修保養(yǎng)電器，接地線未緊固，會造成人身傷害或死亡。

④隨意改裝設(shè)備會降低設(shè)備的安全，有可能導(dǎo)致傷人或死亡。

⑤對設(shè)備進(jìn)行危險及錯誤操作，有可能導(dǎo)致傷人或死亡。

⑥將潮溫或臟的鎂錠及鎂塵、鎂粉、鎂渣加入熔爐有爆炸危險。所以加入坩堝的鎂合金應(yīng)干燥、無油、無臟、預(yù)熱不低于1500C-鎂合金鑄造生產(chǎn)過程中，最重要的是保持現(xiàn)場的干燥、干凈。每次開機(jī)前應(yīng)將模具預(yù)熱到150℃以上，噴涂時不要噴涂過多的涂料，以免型腔內(nèi)積水，引起危險。另外，沖頭及模具的冷卻盡量不要用水冷。沖頭的冷卻可用風(fēng)冷，模具的加熱及冷卻一般用耐高溫油。鎂合金壓鑄沖頭速度也比鋁合金壓鑄的高，為避免飛料傷人，有時在模具上分型面部位加裝飛料擋板。

⑦坩堝中熔化鎂溢出來，可造成人燒傷、死亡，所以鎂合金熔化或加料時要穿保護(hù)服。

3.鎂合金的消防安全

用于鎂合金的滅火劑有干沙、覆蓋劑、D級滅火器，這些滅火器材應(yīng)放置在醒目的地方且便于現(xiàn)場緊急使用，干沙及覆蓋劑要存放在容器內(nèi)預(yù)防潮濕，并要經(jīng)常檢查?？梢杂糜阪V合金的滅火劑有干砂、覆蓋劑.D級滅火器，并切記不可用水和普通滅火器來撲鎂合金的起火。這些滅火器材應(yīng)放置在醒目的地方且便于現(xiàn)場緊急使用，干砂及覆蓋劑要存放在容器內(nèi)預(yù)防潮濕，并要經(jīng)常檢查。對于少量鎂的燃燒，可以用干砂撲滅，也可以迅速鏟起轉(zhuǎn)移到空曠地或放入集渣箱內(nèi)蓋好。如果鎂液流散無法鏟起，可用覆蓋劑均勻地灑在鎂液上面，對鎂合金的滅火效果也較好。由于D級滅火器價格昂貴，在一般情況下盡量不用。鎂合金壓鑄安全生產(chǎn)的關(guān)鍵就是保持生產(chǎn)現(xiàn)場的干凈、干燥，使現(xiàn)場作業(yè)人員受到良好的安全作業(yè)訓(xùn)練，按照正確的安全操作規(guī)程及時處理生產(chǎn)中的鎂屑和粉塵。

壓力鑄造中，鎂合金在壓射時是高壓高速，因此，對壓鑄設(shè)備的要求較高，劣質(zhì)的壓鑄設(shè)備存在著潛在的危險。壓鑄作業(yè)需將熔化的鎂液以70-100m / s的速度曉口均射入模腔成型。由于熔化的鎂液易燃易爆，遇氧氣劇烈燃燒，遇水爆炸，遇鐵銹、含水分的混凝土、含硅的耐火材料等均會起劇烈的反應(yīng)，且火災(zāi)時難以撲滅。火災(zāi)一大不能撲救，故對其壓鑄成套裝備的性能、可靠性、安全性要求極高，劣質(zhì)的設(shè)備是極易造成災(zāi)害事故的。

在摸索應(yīng)用的過程中，國內(nèi)外均發(fā)生過很多因設(shè)備問題造成的重大安全事故。

為了保證安全生產(chǎn)與長期生產(chǎn)使用及惡劣使用條件下的可靠性，對鎂合金全壓鑄設(shè)備的質(zhì)量要求是極高的，與普通機(jī)械設(shè)備不同，不具備強(qiáng)大綜合技術(shù)實力的廠家生產(chǎn)的劣質(zhì)設(shè)備，極易造成重大的災(zāi)害事故。比如，劣質(zhì)址塌在650℃以上伊卜層在7000C以L)高溫條件下長期生產(chǎn)，外層易遠(yuǎn)速氧化，內(nèi)層因鎂液的腐蝕和SF6保護(hù)氣體的腐蝕也會迅速侵蝕深入，穿孔后熔化的鎂液流出起火爆炸將造成重大災(zāi)害事故，用傳統(tǒng)土法的蓋劑保護(hù)更會加劇腐蝕進(jìn)程。優(yōu)質(zhì)設(shè)備的坩堝采用特殊研制的復(fù)合材料制成，內(nèi)層耐腐蝕，外層耐熱、耐高溫氧化，可避免嚴(yán)重的穿孔事故。

優(yōu)質(zhì)壓鑄設(shè)備的保護(hù)氣體控制精確、穩(wěn)定，氣體成分、流量穩(wěn)定均有足夠保障，并具有在突發(fā)停電、突發(fā)事故等情況下的特殊自動保護(hù)裝置，安全性極高。劣質(zhì)設(shè)備氣體成分、流量控制不準(zhǔn)確，極易因濃度、流量過低造成熔爐起火或因濃度、流量過高造成熔爐迅速腐蝕、鎂液泄漏起火爆炸，并缺少特別情況下的可靠的自動保護(hù)措施。

坩堝材質(zhì)不良、保護(hù)氣體成分不穩(wěn)定均會影響合金的成分和性能，造成壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量下降，例如冷、熱裂傾向的迅速增加，綜合機(jī)械性能下降，耐腐蝕性達(dá)不到要求等。壓射系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定也會造成鑄件內(nèi)部組織疏松、壓鑄產(chǎn)品機(jī)械性能不穩(wěn)定及其他各種壓鑄缺陷。

二、設(shè)備的清洗所有用于鎂合金熔化的坩堝從使用中除下時均含有金屬殘渣金屬液中用到的工具亦如此。殘渣可用鹽酸1:10比例稀釋于水來去除。料管通常通過泵送酸液來清除。用鹽酸清洗會產(chǎn)生氮氣，必須有順暢的通風(fēng)條件。

三、典型的鎂合金熔化爐工藝

1.AZ91合金熔煉工藝

可采用熔劑法和無熔劑熔煉汽喲法熔煉。

①熔劑法。將坩堝預(yù)熱至暗紅色((400-50000，在坩堝內(nèi)壁及底部均勻地撒上一層粉狀RJ-2域RJ-1)熔劑。爐料預(yù)熱至150℃以上，依次加入回爐料、鎂錠、鋁錠，并在爐料上撒一層RJ-2熔劑，裝料時熔劑用量占爐料重量的1%-.2%。升溫熔煉，當(dāng)熔液溫度達(dá)700-720℃時，加入中間合金及鋅錠。在裝料及熔煉過程中，一旦發(fā)現(xiàn)熔液露出并燃燒，應(yīng)立即補(bǔ)撒 RJ-2熔劑，爐料全部熔化后，猛烈攪動5-8min，以使成分均勻。接著澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析。如果成分不合格，可加料調(diào)整，直至合格。

將熔液升溫至7300C，除去熔渣，并撒上一層RJ-2熔劑保溫，進(jìn)行變質(zhì)處理。即將占爐料總重量0.4%的菱鎂礦膠用前破碎成o 10mm左右的小坳分作2-3包，用鋁箔包好，分批裝于鐘罩內(nèi)，緩慢壓入熔液深度2/3處，并平穩(wěn)地水平移動，使熔液沸騰，直至變質(zhì)劑全部分解時間6-12miO。如采用C2C16變質(zhì)處理，加入量為爐料總重量的0.5%-0.8%，處理溫度為740-7600C，變質(zhì)處理后，除去表面熔渣，灑以新的RJ-2熔劑。調(diào)整溫度至710-.730℃，進(jìn)行精煉。攪拌熔液10-30min，使熔液自下而上翻滾，不得飛濺，并不斷在熔液的波峰上灑以精煉劑。精煉劑的用量視熔液中氧化夾雜含量的多少而定，一般為爐料重量的1.5%-2.0%。精煉結(jié)束后，清除合金液表面、坩堝壁、澆嘴及擋板上的熔渣，然后撒上RJ-2熔劑。

將熔液升溫至755-7700C，保溫靜置20-60min，澆注斷口試樣，檢查斷口，以呈致密、銀白色為合格。否則，需重新變質(zhì)和精煉。合格后將熔液調(diào)至澆注溫度隨常為720780勸，出爐澆注。精煉后升溫靜置的目的是減少熔液的密度和4-t度，以加速熔渣的沉析，也使熔渣能有較充分的時間從鎂熔液中沉淀下來，不至混入鑄件中。過熱對晶粒細(xì)化也有利，必要時可過熱至800-8400C，再快速冷卻至澆注溫度，以改善晶粒細(xì)化效果。

熔煉好的熔液靜置結(jié)束后應(yīng)在lh內(nèi)澆注完，否則需重新澆注試樣，檢查斷口，檢查合格方可繼續(xù)澆注，不合格需要重新變質(zhì)、精煉。如斷口檢查重復(fù)兩次不合格時，該熔液只能澆錠，不能澆鑄件。整個熔煉過程懷包括精淘熔劑消耗占爐料總重量的3%-.5%。

②無熔劑熔煉(氣喲法。無熔劑法的原材料及熔煉工具準(zhǔn)備基本上與熔劑熔煉時相同，不同之處在于:①使用SF6. CO2等保護(hù)氣體，C2C16變質(zhì)精煉，氮氣補(bǔ)充吹洗，其技術(shù)要求如表12-5所示;②對熔體工具清理干凈，預(yù)熱至200-30000噴涂料;③配料時二、三級回爐料總重量不大于爐料總重量的40%，其中三級回爐料不得大于20%。

操作過程，首先將熔煉坩堝預(yù)熱至暗紅，500-6000C，裝滿經(jīng)預(yù)熱的爐料，裝料順序為:合金錠、鎂錠、鋁錠、回爐料、中間合金和鋅等枷無法一次裝完，可留部分錠料或小塊回爐料待合金熔化后分批加A)，蓋上防護(hù)罩，通入防護(hù)氣體，升溫熔化嶸一次送入SF6氣體時間可取4- 6min。當(dāng)熔液升溫至700-720℃時，攪拌2-5min，以使成分均勻，之后清除爐渣，澆注光譜試樣。當(dāng)成分不合格時進(jìn)行調(diào)整，直至合格。升溫至730-750℃并保溫，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的C2Ch自沉式變質(zhì)精煉劑進(jìn)行處理，其配方見表12-6    精煉變質(zhì)處理后除渣，并在730-750℃用流量為1-2L / min的氮氣補(bǔ)充精煉吹淘2--4min吹頭應(yīng)插入熔液下韻，通氮氣量以液面有平緩的沸騰為宜。吹氛氣結(jié)束后，扒除液面熔渣，升溫至760-7800C，保溫靜置10-20min，澆注斷口試樣，如不合格，可重新精煉變質(zhì)傭量取下1%)，但一般不得超過3次。熔液調(diào)至澆注溫度進(jìn)行澆注，并應(yīng)在靜置結(jié)束后2h內(nèi)澆完。否則，應(yīng)重新檢查試樣斷口，不合格時需重新進(jìn)行精煉變質(zhì)處理。

澆注前，從直澆道往大型鑄型內(nèi)通入防護(hù)性氣體2- 3min，中小型內(nèi)為0.5 '- l min，并用石棉板蓋上冒口。澆注時，往澆包內(nèi)或液流處連續(xù)輸送防護(hù)性氣體進(jìn)行保護(hù)，并允許灑硫磺和硼酸混合物，其比例可取1:1，以防止?jié)沧⑦^程中熔液燃燒。

2.ZK4鎂合金的熔煉工藝

坩堝、爐料等準(zhǔn)備與AZ91合金相同，Zr以Mg-Zr中間合金形式加入，并仔細(xì)清理爐料，絕不允許與Mg-Al系合金混料。熔化工具也專用，不得與Mg-Al系合金的熔化工具混用。

爐料組成傾量分黝:新料10%-20%、回爐料80%-90%淇中一級回爐料應(yīng)占60%以均。

將坩堝加熱至暗紅色，在其底部灑以適當(dāng)?shù)娜蹌?。加入預(yù)熱150℃以上的鎂錠及回爐料，升溫熔化。當(dāng)熔液溫度達(dá)720-7400C時加入鋅。繼續(xù)升溫至780-8100C，分批緩慢加入Mg-Zr中間合金。全部熔化后，攪拌25min以加速皓的溶解，使成分均勻。在熔液溫度不低于760℃時澆注斷口試樣。若斷口不合格，可酌情補(bǔ)加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%-2%的Mg-Zr中間合金，重新檢查斷口，允許第二次補(bǔ)加，若仍不合格，該爐合金只能澆錠。斷口合格的熔液可調(diào)至750-7600C，將攪拌機(jī)葉輪沉至熔液2/3處，攪拌4-6min ,并不斷在液流波峰上灑以熔煉熔劑，熔劑用量為爐料總重量的1.5%-2.5%。然后清除澆嘴、擋板、坩堝壁及熔液表面上的熔渣，再灑入新的覆蓋熔劑。將熔液升溫至780 -820cC，靜置保溫巧而n，必要時可再次檢查斷口，直至靜置總時間為30 -50min ,即可出爐澆注。覆蓋、精煉均采用RJ-4熔劑。在整個熔煉過程中，熔劑的消耗量占爐料總重量的2%-3%懷包括精煉用熔劑)。

精煉后靜置時間不允許超過2h，并且保持溫度在780-820℃之間，以免鋯沉淀。

Zr還可以氯錯酸鹽或氟錯酸鹽伽a必r砌的狀態(tài)加入鎂合金中，這時需要注意的是:①鹽的加入量一般為計算組成的8-10倍;②以氟錯酸鹽的狀態(tài)加入Zr時，由于要求必須過熱至9000C操作中比較困難;③以氯錯酸鹽狀態(tài)加入錯時，雖然加入難度小了，但所獲得的鑄件耐腐蝕性能不足。

含錯鎂合金的關(guān)鍵是Zr能否加入到鎂合金中去，晶粒細(xì)化效果是否合格。為此，第一，要仔細(xì)清理爐料，采用較純凈的爐料，以減少Fe " Si " Al等各種雜質(zhì)的影響，否則不僅會損耗一定數(shù)量的Zr，而且會嚴(yán)重影響合金的質(zhì)量。第二，錯的溫度不低于7800C，否則Zr很容易沉淀在坩堝底部，造成合金中錯量不足。

溫度高于820℃熔液表面氧化加劇，且將從大氣中吸氮，同時因Fe的溶入量增加，使Zr與Fe, H形成的化合物增多，也會加大Zr的損耗，削弱Zr的細(xì)化效果。為避免Zr的沉淀析出，應(yīng)盡量縮短合金液的停留時間，特別是760℃以下的停留時間。

四、鎂合金鑄造生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的缺陷    鎂合金和鋁合金雖然同為輕金屬，但兩者的鑄造性能差異較大。由于鎂合金的鑄造性能較差，在鎂合金的鑄件生產(chǎn)中容易出現(xiàn)多種缺陷，并且比較難消除，造成生產(chǎn)成本高。常見的缺陷有硫松、夾渣、裂紋及氣孔等，要從原輔材料開始控制質(zhì)量，模具、設(shè)備、工序都要有專門技術(shù)和檢驗人員控制。

1.疏松

該缺陷容易在內(nèi)澆口及熱節(jié)處出現(xiàn)。壁厚不均勻的鑄件，容易形成多處熱節(jié)，這些分散的熱節(jié)如果沒有在凝固的過程中得到金屬液的補(bǔ)縮，就會在鑄件上形成疏松缺陷。這種缺陷一般在鑄件內(nèi)部，肉眼不可見，通過X射線檢查能檢測出。由于鎂合金的結(jié)晶溫度間隔較寬，一般以糊狀凝固的方式結(jié)晶，所以存在明顯的樹枝狀結(jié)晶組織，枝晶間難以得到補(bǔ)縮。而在內(nèi)澆口及熱節(jié)部位則由于長時間處于過熱狀態(tài)，凝固過程中溫度較高導(dǎo)致產(chǎn)生該缺陷。

防止這類缺陷要作好以下幾方面的工作:①從工藝的角度合理設(shè)計好澆注系統(tǒng)，經(jīng)反復(fù)實踐確定直澆道、橫澆道與內(nèi)澆口的截面積最佳之比為1:3:3 ,冒口的尺寸要按經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，強(qiáng)化冒口的補(bǔ)縮作用，形成鑄件的順序凝固;②充分利用冷鐵的激冷效果幫助熱節(jié)處補(bǔ)縮，一般冷鐵是與冒口配合使用的;③在有疏松的部位使用暗冒口補(bǔ)縮，如果效果不好時應(yīng)適當(dāng)增大冒口的體積或使用保溫冒口，而在不易清理冒口的地方做成易割冒口。

實踐證明這些措施都是有效的。

2.夾渣

鑄件在酸洗處理后有的表面或鑄件尖角處暴露出黑斑夾雜物，肉眼可見。黑斑由一個接近圓形的淺色區(qū)所包圍，此區(qū)以一個更黑的環(huán)為邊界。這種夾渣物一般是熔劑造成的，會降低鑄件的力學(xué)性能，并且熔劑中的MgC12還會降低鑄件的抗腐蝕能力。鎂及鎂合金極易氧化，特別是ZM系列合金更加容易氧化，為防止鎂合金在熔煉時氧化燃燒，因而在熔煉過程中要加一定的熔劑，使之不與空氣接觸，鑄件在澆注的過程中，由于熔劑性能不好或操作不當(dāng)澆注工具上的熔劑容易進(jìn)入到金屬液中;舀取金屬液不當(dāng)，將熔劑帶入到金屬液中;由于澆注不慎，澆包上面浮著的熔劑進(jìn)入到型腔中。還有有可能是澆注溫度較高，鎂合金液在型腔中與泥芯放出的氣體反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的二次氧化夾渣所致。

因此，要消除這種缺陷要做到使用帶節(jié)流管的茶壺式澆包時要磕掉私附著的熔劑，澆包和址禍底部少量的熔液不能澆入型腔，從坩堝中舀取金屬液前可用澆包底部撥開液面的熔劑及氧化層。

熔煉過程中溫度不可過高，造成熔劑大量揮發(fā)。澆注溫度要適當(dāng)，泥芯中用做保護(hù)劑作用的硫磺和硼砂酸的加入量要適當(dāng)增加。如果在澆注的過程中，發(fā)現(xiàn)址禍液面有火焰胃出，應(yīng)灑上一層硫磺粉，這些物質(zhì)的熔化及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有一定的時間，所以要等2-3min后方可舀取金屬液。整個操作過程要精心，操作要穩(wěn)當(dāng)，防止金屬液劇烈的攪動。

精煉的過程中，熔劑要灑在翻起的鎂液升到最高處，使整個液面均勻覆蓋一層熔劑，最后不再有白色液體從熔池下部翻上來，直到液面光亮為止，由于熔劑和合金中的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生吸附效應(yīng)，生成的密度大于合金的較大積聚物，沉入坩堝底部，達(dá)到凈化的效果。精煉時間控制在5. 8min即可。精煉完后，應(yīng)鎮(zhèn)靜10-15min，以便夾雜物有足夠的時間沉入坩堝底部。精煉結(jié)束后，合金液的液面灑硫磺和硼酸的混合物時要細(xì)致，否則容易產(chǎn)生氧化物。定期清除坩堝壁上的殘渣是很重要的，過量的殘渣積聚可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，影響熔煉質(zhì)量。

3.裂紋

裂紋一般出現(xiàn)在鑄件厚薄之間的過渡處。產(chǎn)生的原因是在凝固的過程中，薄壁處較壁厚處先凝固，由于收縮受阻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，特別是有泥芯時伸縮更容易受到阻礙;型芯的過渡圓角太小，金屬凝固時產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。因此，防止此類缺陷的產(chǎn)生，可以在薄壁處增加工藝余量或設(shè)置加強(qiáng)筋，適當(dāng)增大過渡圓角，在厚壁處設(shè)置冷鐵以均衡凝固順序。

4.氣孔

氣體的來源是多方面的:在鎂合金熔化爐熔煉過程中，金屬液和大氣接觸吸氣;合金原材料上的油污及水分在熔煉過程中產(chǎn)生氣體;合金液在澆注的過程中吸入空氣，且與鑄型反應(yīng)產(chǎn)生氣體。鎂金屬的密度約為1.74x1031.74x10 k咖，，是鋁金屬的1/3。因此，金屬液充型的壓力相當(dāng)?shù)?。這既有一定的優(yōu)勢，但更主要的是缺點。為了讓型腔中的氣體(包括澆注過程中泥芯及型砂產(chǎn)生的氣喲自由排出到大氣中，型砂必須有良好的透氣性。這些氣體將通過壓力最低的途徑排出。如果砂型透氣性差，則產(chǎn)生的氣體向液體或半液體狀態(tài)的金屬侵入而產(chǎn)生氣孔缺陷。為了提高透氣性，要求型砂有一定的粒度，且應(yīng)該在鑄型的上、下型扎排氣孔，鑄型要及時澆注，存放的時間不可過長防止吸潮。泥芯的非工作表面要扎足夠數(shù)量的排氣孔，對于比較大的泥芯內(nèi)腔可以填充焦炭，增加排氣效果，這些焦碳最好烘干。