镁合金压铸危险源辨识课件学习培训课件.ppt
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1、 镁合金压铸危险源辨识镁合金压铸危险源辨识目录 概 述 镁及镁合金基础 镁合金压铸危险源辨识1一、概述铝镁合金压力成形工艺技术的特点铝镁合金压力成形工艺技术的特点 铝、镁、锌、铜等合金压力成形工艺技术(简称:压铸)是一种先进的有色合金精密零部件成形技术,是将熔融合金液直接注入压铸机的压室内,并将液态金属以高速充填入钢制的模具型腔内,并使合金液在高压下凝固而形成零件的方法。主要特点主要特点是高速、高压和反重力充填,从液态到零件一次成形只需要几秒到几十秒时间,生产效率高,完全不同于传统铸造工艺。压铸除了压铸除了生产率高生产率高之外,还具有之外,还具有可实现自动化可实现自动化、数字化数字化、网络化网
2、络化和和智能化智能化组织组织生产,并具有可生产生产,并具有可生产形状复杂形状复杂、薄壁零件薄壁零件,尺寸精度高尺寸精度高,表面质量高表面质量高,是现代制造,是现代制造业的一种业的一种最高效的少无切屑最高效的少无切屑、近净形金属零部件近净形金属零部件制造工艺。制造工艺。目前,压铸主要使用铝合金、镁合金均是目前,压铸主要使用铝合金、镁合金均是轻金属轻金属,是现代汽车、交通、通讯、,是现代汽车、交通、通讯、电力、医疗、五金工具等行业电力、医疗、五金工具等行业节能、环保节能、环保的主要基材之一,并的主要基材之一,并具有可回收、重复使具有可回收、重复使用用的优点。的优点。2一、概述铝镁合金压力成形工艺技
3、术的特点铝镁合金压力成形工艺技术的特点 压铸工艺节材、节能明显,生产过程环境污染小、产品具有可回收性,适应现代制造业产品复杂化、精密化、轻量化、节能化和绿色环保化的要求,此工艺生产的铝合金成型零件广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、通讯、电子、能源、机械工程、五金等领域,在我国金属制品业和机械制造业中具有不可替代的重要地位。随着新材料与合金熔炼技术的进步,局部加压、高正空压铸等新技术的运用,压铸件的性能和可靠性也在大幅提高,压铸技术在大量的新材料领域,具备逐步取代钢铁等材料的趋势。依据依据20172017年国民经济行业分类,铝合金压力成型零件制造属于年国民经济行业分类,铝合金压力成型零件制造属
4、于:金属制品业(金属制品业(3333)。)。3一、概述铝镁合金压力成形工艺技术的特点铝镁合金压力成形工艺技术的特点依据产业结构调整指导目录(依据产业结构调整指导目录(20192019年本),十四、机械,铝合金年本),十四、机械,铝合金压力成型零件制造属于压力成型零件制造属于国家鼓励类产业国家鼓励类产业。依据战略性新兴产业分类(依据战略性新兴产业分类(20182018)(国家统计局令第)(国家统计局令第2323号),铝号),铝合金压力成形零件制造属于高品质铝铸件制造(合金压力成形零件制造属于高品质铝铸件制造(3.2.1.23.2.1.2)。铝合金压力)。铝合金压力成型零件制造为国家认定的成型零件
5、制造为国家认定的新兴产业新兴产业。依据2016年02月04日国家科技部、财政部、国家税务总局(国科发火201632号)关于修订印发高新技术企业认定管理办法,附件:国家重点支持的高新技术领域,第四条新材料,(一)金属材料,2、铝、铜、镁、钛合金清洁生产与深加工技术,明确将熔体净化、高效熔炼先进铸锻、半固态成型、连续近终成形,高纯、高性能、环保的合金材料与合金材料的制备及加工技术列为高新技术产业高新技术产业。4一、概述铝镁合金压力成形工艺技术的特点铝镁合金压力成形工艺技术的特点 铝合金铝合金、镁合金、镁合金压力成形工艺技术先进,产品轻量化,高压力成形工艺技术先进,产品轻量化,高强度,少无切削加工,
6、节能环保,产品广泛应用于航空航天、强度,少无切削加工,节能环保,产品广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、能源等领域,符合产业结构调整指导目录汽车、轨道交通、能源等领域,符合产业结构调整指导目录(20192019年本)、战略性新兴产业分类(年本)、战略性新兴产业分类(20182018)和高)和高新技术企业认定管理办法产业新技术企业认定管理办法产业/产品指导目录,市场前景广产品指导目录,市场前景广阔,企业与社会效益良好。阔,企业与社会效益良好。尤其是镁,是地球上最轻的常见金属之一,我国是镁合金和稀土资尤其是镁,是地球上最轻的常见金属之一,我国是镁合金和稀土资源大国,镁合金压铸在我国具有十分重要的战
7、略意义源大国,镁合金压铸在我国具有十分重要的战略意义 十九、二十世纪是钢铁为主的实际,二十一世纪是铝、镁为主的世纪。今天,压铸所面临的问题是发展中的问题,是过去我们不了解、不熟悉或者没有充分发展、了解和掌握科学规律而产生的问题。5二、镁及镁合金基础1.1镁的基本特征镁具有很高的化学活泼性 -在潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起强烈的腐蚀但镁在干燥的大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽油、煤油及不含水的润滑油中却很稳定。表1 镁的主要物理性能 *镁的密度小,比热容和膨胀系数较大,弹性模量在常用航空合金中最低。1.2 镁合金的特点1)比强度、比刚度
8、均很高。比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当;远远高于工程塑料。2)弹性模量较低。当受到外力时,应力分布将更均匀,可以避免过高的应力集中。在强烈范围内承受冲击载荷时,所吸收的能量比铝高50%左右。所以,镁合金适应于制造承受猛烈冲击的零件。此外,镁合金受到冲击或者摩擦时,表面不会产生火花。3)良好的减振性。在相同载荷下,减振性是铝的100倍,钛合金的300500倍。4)切削加工性能优良,其切削速度大大高于其他合金。5)镁合金的铸造性能良好,几乎所有的铸造工艺都可铸造成形。密度密度(g/cm3)熔点熔点/燃点燃点/膨胀系数膨胀系数/(x10-6/)热导率热导率/W/(m)比热容比热容/
9、J/(kg)弹性模弹性模量量/GPa1.7465152060026.1145101.744.66二、镁及镁合金基础1.3 镁的合金化1.3.1 镁合金的分类镁合金的分类*国际上倾向于采用美国试验材料协会(ASTM)使用的方法来标记镁合金。*ASTM标准的标记规则,化学元素用12个字母标记;其后的数字表示该元素在合金中的名义成分,用质量分数表示,四舍五入到最接近的整数,字母顺序按在实际合金中含量的多少顺序排列。*例如,AZ91表示合金Mg-9Al-1Zn。后缀字母A、B、C、D等是指成分和特定范围浓度的变化。如AZ91E是表示上述合金系列的第五位。表表2 常见压铸镁合金化学成分常见压铸镁合金化学
10、成分 合金合金Al(%)Zn(%)Mn(%)Si(%)其它其它(%)AZ9190.70.15 AM202 0.4 AM505 0.2 AM606 0.2 AS212 0.21.0 AS414 0.21.0 AS424 0.2 2.03.07二、镁及镁合金基础1.3 镁的合金化1.3.1 镁合金的分类镁合金的分类*中国是按成形工艺来划分和标记镁合金的*标记方法,用两个汉语拼音字母和其后的合金顺序号(阿拉伯数字)组成。根据前两个汉语拼音字母将镁合金分成四类:变形镁合金(MB)、铸造镁合金(ZM)、压铸镁合金(YM)和航空镁合金。*合金的顺序是表示合金之间的化学成分差异。用于航空的铸造镁合金与其他铸
11、造镁合金在牌号上略有区别,即在ZM两个字母与代号的连接加一个横杠。*例如:1号铸造镁合金用ZM1表示,2号变形镁合金用MB2表示,5号压铸镁合金用YM5表示,5号航空铸造镁合金用ZM-5表示。8二、镁及镁合金基础 表3 国产镁合金的牌号及主要化学成分国产镁合金的牌号及主要化学成分种类种类合金系合金系牌号牌号主要化学成分(质量分数)主要化学成分(质量分数)%AlMnZn其他其他Mg杂质总量杂质总量变形变形 镁合金镁合金Mg-MnMB1/1.3-2.5/余量余量0.2MB8/1.3-2.2/Ce:0.15-0.35余量余量0.3Mg-Al-ZnMB23.0-4.00.15-0.500.20-0.8
12、/余量余量0.3MB33.7-4.70.30-0.600.8-1.4/余量余量0.3MB55.5-7.00.15-0.500.50-1.5/余量余量0.3MB65.0-7.00.20-0.502.0-3.0/余量余量0.3MB77.8-9.20.15-0.500.2-0.8/余量余量0.3Mg-Zn-ZrMB15/5/0-6.0Zr:0.30-0.9余量余量0.3铸造铸造 镁合金镁合金Mg-Zn-ZrZM1/3.5-5.5Zr:0.5-1.0余量余量0.3ZM2/3.5-5.5Zr:0.5-1.0RE:0.75-1.75余量余量0.3ZM7/7.5-9.0Zr:0.5-1.0Ag:0.6-1.
13、2余量余量0.3Mg-RE-ZrZM3/0.2-0.7Zr:0.4-1.0RE:2.5-4.0余量余量0.3ZM6/0.2-0.7Zr:0.4-1.0RE:2.0-2.8余量余量0.3Mg-Al-ZnZM57.5-9.00.15-0.50.2-0.8/余量余量05ZM109.0-10.20.1-0.50.6-1.2/余量余量0.5压铸压铸 镁合金镁合金Mg-Al-ZnYM57.5-9.00.15-0.50.2-0.8/余量余量0.5 9二、镁及镁合金基础1.4 镁的化学性质 *镁具有比较强的还原性镁具有比较强的还原性,能与沸水反应放出氢气,燃烧时会产生眩目的白光,*镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发
14、生作用,也不受苛性碱侵蚀镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用,也不受苛性碱侵蚀,但极易溶解于有机和无机酸中,镁能直接与氮、硫和卤素等化合,包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。*镁镁和卤和卤化化烃在无水的条件下反应却较为剧烈烃在无水的条件下反应却较为剧烈(生成格氏试剂)镁能和二氧化碳发生燃烧反应,因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。*镁由于能和镁由于能和N和和O反应反应,所以镁在空气中燃烧时,剧烈燃烧发出耀眼白光,放热,生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡,浮在醋液面上,逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉,
15、就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质一些烟花和照明弹里都含有镁粉,就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。镁元素在化学反应中的化合价通常为镁元素在化学反应中的化合价通常为+2价价 1、与非金属单质的反应与非金属单质的反应:点 燃 2Mg+O2=2MgO 点 燃 3Mg+N2=2Mg3N2 Mg+Cl2=MgCl2 2、与水的反应:与水的反应:Mg+2H2O(热水)=Mg(OH)2+H2 10二、镁及镁合金基础1.4 镁的化学性质 3、与酸的反应:与酸的反应:Mg+2HCl=MgCl2+H2 Mg+2H2SO4=MgSO4+H2 4、与氧化物的反应与氧化物的反应 点 燃 2Mg
16、+CO2=2MgO+C 5、与氯化氨反应与氯化氨反应 镁与氯化铵的反应,本质上式镁与酸的反应,氯化铵溶液中,铵根离子水解,溶液显酸性。当加入镁粉后,镁与溶液中的氢离子反应,放出氢气,同时放出大量的热。铵根离子的水解产物-氨水,受热之后,则发生分解,故此反应可以得到两种气体。总反应方程式:Mg+2NH4Cl=MgCl2+2NH3 +H2 上式可拆分为:NH4+H2O=NH3H2O+H+Mg+2H+=Mg2+H2+Q (Mg2+2Cl-=MgCl2)加热 NH3H2O=NH3 +H2O11二、镁及镁合金基础1.4 镁的化学性质 6、镁和碱金属氢氧化物反应镁和碱金属氢氧化物反应:通常认为,镁不会和碱
17、金属的氢氧化物(如KOH)反应,应为镁是碱金属而不是两性金属。但是,在高温下,在高温下,镁可以参与氧化还原反应,如和NaOH反应,产生MgO、Na和H2。高温 2Mg+2NaOH=2MgO+2Na+H2 1.51、处理灼热的液体金属所涉及到的安全问题处理灼热的液体金属所涉及到的安全问题 1.1 熔化状态的镁合金如不加溶剂覆盖或者保护气体隔绝氧气,镁液和含氧的物质会发生剧烈熔化状态的镁合金如不加溶剂覆盖或者保护气体隔绝氧气,镁液和含氧的物质会发生剧烈反应。反应。这些反应会生成热,有时会生成气体,从而导致火灾,金属飞溅和爆炸。因此在实际中要避免熔化镁合金和含氧物质接触要避免熔化镁合金和含氧物质接触
18、。-通常是用SF6/Ar2;SF6/N2保护气体。1.2 应特别注意避免潮湿的物质和熔化金属相接触应特别注意避免潮湿的物质和熔化金属相接触。2、当面积当面积/体积比较大时体积比较大时,例如压铸的产生的飞边、毛刺、金属粉尘,机械加工的碎屑等,镁合,例如压铸的产生的飞边、毛刺、金属粉尘,机械加工的碎屑等,镁合金也会和水或氧气发生反应金也会和水或氧气发生反应。和氧及氧化物反应(燃烧/氧化)2Mg+O2=2MgO+Q 液体镁合金中的水份迅速气化Mg(液)(液)+H2O(液)(液)=H2O(气)(气)+Mg(微小颗粒)(微小颗粒)镁在潮湿状态下:镁在潮湿状态下:和水反应和水反应/氢气爆炸氢气爆炸Mg+H
19、2O(热)(热)=Mg+H2 /2 H2+O2=2 H2O(气气)+Q镁合金压铸环境中的特殊安全问题镁合金压铸环境中的特殊安全问题12二、镁及镁合金基础1.5 镁合金压铸环境中的特殊安全问题镁合金压铸环境中的特殊安全问题 3、镁合金粉尘爆炸镁合金粉尘爆炸3.1 镁粉发生爆炸需要满足以下条件:镁粉发生爆炸需要满足以下条件:干的镁粉满足干的镁粉满足爆炸五要素爆炸五要素:【可燃物、助燃剂、粉尘云、点火源、受限空间可燃物、助燃剂、粉尘云、点火源、受限空间】便为发生爆炸。便为发生爆炸。但是,在压铸环境中,也会发生以下类型的爆炸:但是,在压铸环境中,也会发生以下类型的爆炸:1、镁在液态下镁在液态下与与氧气
20、、氮气、二氧化碳氧气、氮气、二氧化碳等可以发生强烈反应;因此,高温镁合金液即使在非受等可以发生强烈反应;因此,高温镁合金液即使在非受限空间环境中,也会发生爆炸!限空间环境中,也会发生爆炸!【镁的助燃物较多镁的助燃物较多】2、液态高温金属液态高温金属遇水遇水,一方面会产生大量高温水蒸气,而发生爆炸,一方面会产生大量高温水蒸气,而发生爆炸-受限空间条件;另一方面,受限空间条件;另一方面,镁与高温水蒸气反应产生氢气而会发生剧烈爆炸镁与高温水蒸气反应产生氢气而会发生剧烈爆炸-非受限空间!非受限空间!【高温液态金属遇水爆炸高温液态金属遇水爆炸】3、镁在高温下镁在高温下与与水(汽)水(汽)反应产生氢气,氢
21、气积聚并在受限空间发生自燃反应产生氢气,氢气积聚并在受限空间发生自燃/爆炸。爆炸。【镁液怕水镁液怕水】如:如:比表面积大的镁合金碎料、粉屑比表面积大的镁合金碎料、粉屑等等-不会产生粉尘云,只要遇水(潮湿、高温下)也会发生不会产生粉尘云,只要遇水(潮湿、高温下)也会发生发热反应,产生氢气,而引起爆炸;发热反应,产生氢气,而引起爆炸;【镁合金碎屑料怕受潮镁合金碎屑料怕受潮】4、镁合金容易在氧气、氮气、二氧化碳发生燃烧反应,并引起剧烈爆炸。其主要原因是镁与氧、镁合金容易在氧气、氮气、二氧化碳发生燃烧反应,并引起剧烈爆炸。其主要原因是镁与氧发生反应所产生的氧化镁不能在镁的表面形成致密的氧化层,以阻挡镁
22、与氧气、氮气等继续反应。发生反应所产生的氧化镁不能在镁的表面形成致密的氧化层,以阻挡镁与氧气、氮气等继续反应。【镁合金燃烧后很难扑救镁合金燃烧后很难扑救】13二、镁及镁合金基础1.5 镁合金压铸环境中的特殊安全问题镁合金压铸环境中的特殊安全问题 3、镁合金粉尘爆炸、镁合金粉尘爆炸 3.2 关于镁粉发生爆炸的条件:关于镁粉发生爆炸的条件:(1)关于关于镁粉粒径的大小镁粉粒径的大小粉末的粒径大小,是镁粉是否爆炸的重要的条件。镁粉尘爆炸是镁粉和空气迅速的氧化反应形成的,粉末的粒径大小,是镁粉是否爆炸的重要的条件。镁粉尘爆炸是镁粉和空气迅速的氧化反应形成的,粉末粒度越小,每单位质量的表面积,与氧的接触
23、面积就越大,反应就越迅速。如果是细粉尘,在粉末粒度越小,每单位质量的表面积,与氧的接触面积就越大,反应就越迅速。如果是细粉尘,在空气中的空气中的悬浮性悬浮性又好,则容易形成又好,则容易形成粉尘云粉尘云。一般,如果粉粒大于一般,如果粉粒大于 560-420m,就不容易产生粉尘爆炸。不过,还要看粉尘的粒度分布;如果悬,就不容易产生粉尘爆炸。不过,还要看粉尘的粒度分布;如果悬浮粉尘中能爆炸的细小颗粒部分占全部质量的浮粉尘中能爆炸的细小颗粒部分占全部质量的 10%以上,或者粉尘中含有打磨、抛光等残留的纤维、以上,或者粉尘中含有打磨、抛光等残留的纤维、抛光蜡等易燃物质,则粗大的颗粒也会产生爆炸。抛光蜡等
24、易燃物质,则粗大的颗粒也会产生爆炸。(2)关于关于粉尘分布程度粉尘分布程度粉尘分散会在一定程度上影响到爆炸的发生,只有当镁粉于空气中分散并达到一定浓度时,才有可粉尘分散会在一定程度上影响到爆炸的发生,只有当镁粉于空气中分散并达到一定浓度时,才有可能发生爆炸。一般,镁铝粉堆积起来,即使着火也不爆炸。但是,在燃烧的粉尘中,由于失去气态能发生爆炸。一般,镁铝粉堆积起来,即使着火也不爆炸。但是,在燃烧的粉尘中,由于失去气态燃烧产物而出现空腔,以致粉尘向空腔崩塌,并与空气混合而产生达到爆炸浓度的粉尘云,这时也燃烧产物而出现空腔,以致粉尘向空腔崩塌,并与空气混合而产生达到爆炸浓度的粉尘云,这时也会引起爆炸
25、。会引起爆炸。(3)关于关于点火源点火源。除除火焰火焰外,粉尘云着火点的点火源通常有外,粉尘云着火点的点火源通常有热表面热表面和和火花火花两种。两种。140二、镁及镁合金基础1.5 镁合金压铸环境中的特殊安全问题镁合金压铸环境中的特殊安全问题 3、镁合金粉尘爆炸、镁合金粉尘爆炸镁合金的固废处理镁合金的固废处理 在任何情况下,镁合金铸造厂产生的废弃物,包括粉尘、熔渣等不可回收的物质绝对不能混入在任何情况下,镁合金铸造厂产生的废弃物,包括粉尘、熔渣等不可回收的物质绝对不能混入其他金属的废弃物或一般性来及进行处理。其他金属的废弃物或一般性来及进行处理。对于对于镁合金熔渣镁合金熔渣等含有腐蚀性或毒性的
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