一種耐熱變形鎂合金的製作方法

2023-06-01 21:09:06

專利名稱：一種耐熱變形鎂合金的製作方法
技術領域：
本發明屬於鎂合金生產技術領域，尤其涉及一種耐熱變形鎂合金。
背景技術：
AZ31合金是目前最常用的商用變形鎂合金，這與其可擠壓性能高和良好的綜合力學性是分不開的，但是AZ31合金具有顯著的屈服各向異性和較窄的加工區間，而且其屈服強度低，隨著擠壓速度的增大，擠壓過程中產生的溫度也升高，而使得在模具出口處的溫度急劇上升，這樣會造成擠壓終了產品顯著的晶粒長大。AZ31合金中的強化相只有Mg17Al12，由於其較低的高溫穩定性，在擠壓過程中會熔解掉，並不能形成足夠的釘扎以阻止晶粒的長大。
對於AZ31合金，其力學性能通常隨著溫度升高而急劇惡化，故其高溫蠕變性能較差，不能在較高的溫度工作環境中使用。目前，隨著科技的日益發展，要求鎂合金不但在常溫下具有良好的力學性能，同時還需要其在高溫狀態下仍然要保持良好的力學性能以及具有較好的高溫蠕變性能，才能更適合其在民用工業的大規模應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有AZ31鎂合金的高溫力學性能較差以及晶粒粗大的問題，提供一種細晶的耐熱變形鎂合金，以進一步滿足對鎂合金材料上述性能有更高技術要求的生產。
本發明各組分的重量百分比為Al2.5～4.5％；Mn0.2～0.5％、Zn0.6～1.4％；Ce0.5～1.5％、Sr0.01～0.5％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
本發明的製備方法包括如下步驟1、將工業鎂錠、鋁錠、鋅錠投入已準備好的乾淨的坩堝中加底熔劑熔化，底熔劑的用量約佔爐料質量的1.5～2.5％，過程中撒入覆蓋劑以防止燃燒，覆蓋劑的用量約佔爐料質量的0.3～0.5％，整個熔化過程時間控制在2～6h，且鎂液最終溫度控制在670～690℃；2、熔化結束後，向鎂液中吹氬氣，並採用機械攪拌，同時加精煉劑與氯化錳進行精煉，精煉劑的用量約佔爐料質量的1.5～2.5％，時間控制在45min，溫度控制在690～720℃；3、精煉結束後，鎂合金液控制在700～720℃時加入稀土元素鈰和金屬鍶，時間控制在10min，溫度控制在700～720℃；4、結束後靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時間控制在30min，溫度控制在660～680℃；5、最後在660～680℃溫度條件下，並在保護氣氛中進行澆注，保護氣氛通常為SF6、CO2、N2、SO2、乾燥空氣混合氣體或混合氣體保護氣氛。
現有所有用於鎂合金製備工藝的底熔劑、覆蓋劑、精煉劑均可在本發明製備過程中使用。
本發明通過添加稀土元素鈰，通過鈰和鎂形成的耐熱相組織，可以有效地釘扎住晶界以及晶內位錯運動，成為阻礙位錯運動和晶粒變形的重要阻礙，保持了高溫下材料有較高的位錯，提高了高溫下合金的強度。
本發明通過添加稀土元素鈰，通過與鎂形成化合物，細小彌散分布在基體中，起到強化合金和細化組織的作用。
本發明通過添加稀土元素鈰，通過析出相強化和晶界相相互作用使其抗蠕變性能顯著提高。同時三價稀土元素提高了電子濃度，可以增強鎂合金原子間的結合裡，減小了鎂在200～300℃的原子擴散速度。
本發明通過添加金屬鍶，可明顯細化顯微組織，減少了合金熔體的表面張力，從而有利於合金液的補縮能力。
本發明通過添加金屬鍶，通過鍶的固氫作用減少氣體的析出亦可以減少顯微縮松，增加鑄件的緻密度。
本發明通過同時添加稀土元素鈰和金屬鍶，其複合處理能顯著細化合金的組織，並對Mg17Al12相產生變質作用，通過對合金組織的細化和對Mg17Al12相的變質有抑制裂紋形成或延緩裂紋擴展的作用。
本發明通過同時添加稀土元素和金屬鍶，其複合處理顯著提高合金的室溫力學性能。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步描述實施例1將鎂錠1128kg、鋁錠30kg、鋅錠16.8kg投入已準備好的乾淨的坩堝中加RJ-2底熔劑18kg熔化，過程中撒入RJ-4覆蓋劑3.6kg以防止燃燒，整個熔化過程時間控制在4h，且鎂液最終溫度控制在670℃；熔化結束後，向鎂液中吹氬氣，並採用機械攪拌，同時加RJ-6精煉劑30kg與氯化錳13.75kg進行精煉，時間控制在45min，溫度控制在690℃；精煉結束後，鎂合金液控制在700℃時加入稀土元素鈰18kg和金屬鍶1.2kg，時間控制在10min，溫度控制在700℃；結束後靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時間控制在30min，溫度控制在660℃；最後在660℃溫度條件下，並在保護氣氛中進行澆注，保護氣氛通常為CO2保護氣氛下澆注。這樣製得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Al2.5％；Mn0.5％、Zn1.4％；Ce1.5％、Sr0.1％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
由於在鎂液進行靜置提渣及之後的沉降除雜質的過程中，可能有部分原料被清除，加上高溫氧化的原因，製成的成品率在95～96％之間。因此在取樣分析時有可能出現某種成分布符合合金預定的配製要求，這時應根據預定的配方，相應加入某些原料再次熔煉，直至取樣分析合格為止。對於以下的實施例均有上述的要求。
實施例2將鎂錠1126kg、鋁錠42kg、鋅錠12.0kg投入已準備好的乾淨的坩堝中加RJ-2底熔劑24kg熔化，過程中撒入RJ-5覆蓋劑4.8kg以防止燃燒，整個熔化過程時間控制在5h，且鎂液最終溫度控制在680℃；熔化結束後，向鎂液中吹氬氣，並採用機械攪拌，同時加RJ-5精煉劑24kg與氯化錳9.65kg進行精煉，時間控制在45min，溫度控制在705℃；精煉結束後，鎂合金液控制在710℃時加入稀土元素鈰12kg和金屬鍶3.6kg，時間控制在10min，溫度控制在710℃；結束後靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時間控制在30min，溫度控制在670℃；最後在670℃溫度條件下，並在保護氣氛中進行澆注，保護氣氛通常為SO2保護氣氛下澆注。這樣製得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Al3.5％；Mn0.35％、Zn1.0％；Ce1.0％、Sr0.3％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
實施例3將鎂錠1124.5kg、鋁錠54kg、鋅錠7.2kg投入已準備好的乾淨的坩堝中加RJ-2底熔劑30kg熔化，過程中撒入RJ-5覆蓋劑6.0kg以防止燃燒，整個熔化過程時間控制在6h，且鎂液最終溫度控制在690℃；熔化結束後，向鎂液中吹氬氣，並採用機械攪拌，同時加RJ-4精煉劑18kg與氯化錳5.50kg進行精煉，時間控制在45min，溫度控制在720℃；精煉結束後，鎂合金液控制在720℃時加入稀土元素鈰6kg和金屬鍶6.0kg，時間控制在10min，溫度控制在720℃；結束後靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時間控制在30min，溫度控制在680℃；最後在680℃溫度條件下，並在保護氣氛中進行澆注，保護氣氛通常為N2保護氣氛下澆注。這樣製得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Al4.5％；Mn0.20％、Zn0.6％；Ce0.5％、Sr0.5％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
權利要求
1.一種耐熱變形鎂合金，其特徵在於各組分的重量百分比為Al2.5～4.5％；Mn0.2～0.5％、Zn0.6～1.4％；Ce0.5～1.5％、Sr0.01～0.5％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
2.如權利要求1所述的耐熱變形鎂合金，其特徵在於各組分的重量百分比為Al2.5％；Mn0.5％、Zn1.4％；Ce1.5％、Sr0.1％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
3.如權利要求1所述的耐熱變形鎂合金，其特徵在於各組分的重量百分比為Al3.5％；Mn0.35％、Zn1.0％；Ce1.0％、Sr0.3％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
4.如權利要求1所述的耐熱變形鎂合金，其特徵在於各組分的重量百分比為Al4.5％；Mn0.20％、Zn0.6％；Ce0.5％、Sr0.5％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。
全文摘要
本發明涉及一種耐熱變形鎂合金，各組分的重量百分比為Al2.5～4.5％；Mn0.2～0.5％、Zn0.6～1.4％；Ce0.5～1.5％、Sr0.01～0.5％、Si≤0.05％、Fe≤0.004％、Cu≤0.01％、Ni≤0.002％，餘量為Mg。本發明主要是在現有鎂合金熔煉工藝中添加稀土元素鈰和金屬鍶，通過稀土元素鈰和金屬鍶的複合作用，提高其高溫力學性能，從而滿足更高使用要求。
文檔編號C22C23/00GK101078077SQ20071002463
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月26日 優先權日2007年6月26日
發明者陶衛建, 佟龍福, 王殊 申請人:南京雲海特種金屬股份有限公司