直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法
2023-04-30 04:29:31
專利名稱：直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法
技術領域：
本發明涉及一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法。
背景技術：
鎂合金作為一種綠色環保合金，具有許多優於其他常用金屬材料的性能，如高比強度、高比剛度，好的減振能力、優良的導熱性和導電性、良好的尺寸穩定性和電磁屏蔽性等，在航空、汽車和電子通訊等領域中的具有廣闊的應用前景。在眾多類型的鎂合金中，長周期結構相增強鎂合金的良好綜合力學性能，主要是由於長周期結構作為增強相阻礙了位錯的運動，並導致應變硬化的產生，同時長周期結構相又是一種高溫穩定相，因而長周期結構相增強鎂合金是具一種具有應用前景的鎂合金新型結構材料。日本學者Kawamura在2006年55卷的Scripta Mater報導鑄態長周期結構增強的Mg97Y2Cu1合金由於其粗大的晶粒和長周期結構的不均勻分布，導致其力學性能較差，屈服強度為120MPa，抗拉強度為180MPa，延伸率3. 5%。雖然鑄態的Mg97Y2Cu1合金力學性能很差，但是和長周期結構增強的Mg-Y-Zn合金相同，可以通過擠壓能夠極大地提高合金的力學性能。擠壓態的長周期結構增強Mg-Y-Cu合金在室溫下屈服強度到達297MPa，抗拉強度達到377MPa，延伸率達到8. 1%,473K時屈服強度達到273MPa，抗拉強度達到344MPa，延伸率達到16. 3%。如果能進一步提高長周期結構增強的Mg-Y-Cu和Mg-Y-Zn合金的成形和使用性能，將會促進高性能鎂合金的發展，擴大長周期結構增強的Mg-Y-Cu和Mg-Y-Zn合金的應用範圍。 制約變形鎂合金髮展的主要原因在於其較差的室溫塑性變形能力，如何在較大程度上改善鎂合金的塑性已成為人們關注的焦點。常用的方法包括合金化及晶粒細化等。而結合鎂合金室溫滑移系少、形變各向異性強的特點，用織構強化或軟化來提高或合理利用鎂合金的力學性能，已成為變形鎂合金研究領域的一個重要分支。鎂合金中一旦形成織構，室溫時將呈現明顯的各向異性，對合金的力學性能和成形工藝性能產生很大的影響。與Al、Fe等立方結構金屬相比，六方結構的鎂合金織構類型更多，影響因素也十分複雜，主要包括合金元素、製備與成形工藝及外加應力特徵等。對鎂合金織構的控制具有十分重要的意義，而如何削弱基面取向是鎂合金織構研究領域的關鍵問題。由於影響鎂合金織構組分的因素十分複雜，這既對鎂合金的織構控制增添了很大困難，同時也提供了更大的利用空間。從凝固的角度出發，採取有效手段對長周期結構增強鎂合金的結晶織構進行合理控制，必將在較大程度上改善長周期結構增強鎂合金的成形和使用性能。直流磁場凝固處理技術具有無汙染、操作方便、效果顯著等優點，受到了人們的高度重視。雖然其作用機理和規律尚不清楚，但是已有的研究已經表明該技術具有十分廣闊的應用前景。直流磁場作用於合金的凝固過程，可以影響合金的凝固組織，合金元素的固溶度及結晶織構的形成。班春燕在2002年23卷第8期的東北大學學報上報導在鋁合金Al-5. 3Zn和A1-1. 2Cu凝固時施加O. 072T的直流磁場，得到樣品的橫斷面的X射線衍射圖譜上，(111)面所對應的衍射峰強度增加，直流磁場凝固處理促進了鋁合金在(111)面形成擇優取向。由於直流磁場影響合金凝固過程在原理上是相同的，因此同樣也可以利用直流磁場控制長周期結構增強鎂合金凝固過程中結晶織構的形成，為進一步改善長周期結構增強鎂合金的成形和使用性能開闢新的途徑。但是在上述研究者的直流磁場凝固實驗中，所採用的直流磁場強度太小(低於O. 1T)，並且沒有考慮到合金凝固速率的影響，不能充分發揮直流磁場對合金結晶織構的控制作用；同時上述研究在實驗材料中沒有涉及到鎂合金，關於直流磁場對長周期結構增強鎂合金結晶織構影響的研究還處於空白狀態。
發明內容
本發明的目的在於提供了一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，它具有工藝簡單、環保無汙染的優點。 本發明是這樣來實現的，一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟1)將鎂合金熔化，並在一定的過熱度下保溫，然後將經過預熱的模具置於直流磁場凝固裝置中，其中，合金過熱度為10 150°C，模具預熱溫度為100 700°C;2)把合金熔體澆注到模具中，澆注完成後立即開啟直流磁場凝固裝置中的直流電流控制裝置，使合金熔體在直流磁場作用下完全凝固；其中，直流磁場強度為
0.I I. OT ;鎂合金為鑄態中存在長周期結構相的Mg-Y-Zn合金系和Mg-Y-Cu合金系；所述的直流磁場凝固裝置包括直流電流控制裝置、磁極和耐火磚基座，直流電流控制裝置連接磁極，磁極之間設有耐火磚基座。本發明的原理由於直流磁場能夠將高強度的能量無接觸地傳遞到物質的原子尺度，改變原子的排列、匹配和遷移等行為，因此，在合金的凝固過程施加當直流磁場，必將對合金的結構產生明顯影響。由於鎂合金性質的各向異性，尤其是磁性能，比如磁化率的各向異性，造成磁場對各個晶面的影響並不一致，因此通過改變直流磁場強度，同時控制合金的凝固速度，就可以改變長周期結構增強鎂合金基體的結晶織構。本發明通過改變合金的澆注溫度和模具預熱溫度來控制合金的凝固速度。本發明一般過程是
1、模具的準備本發明對模具的要求是不導磁，可以採用不鏽鋼、陶瓷及石墨等作為模具，根據需要將模具預熱到一定的溫度；2、合金的熔化在熔化爐內，進行合金配料，熔化與精煉，並在一定的過熱度下保溫；3、直流磁場強度設置根據需要和合金材料的不同，選擇直流磁場強度；通過調整直流電流的大小，控制直流磁場的強度；4、直流磁場凝固把合金熔體澆注到置於直流磁場凝固裝置的模具中，澆注後立即開啟直流電流控制裝置，使合金熔體在直流磁場作用下完全凝固，從而控制長周期結構增強鎂合金基體的結晶織構。本發明的技術效果是1)由於直流磁場凝固裝置中兩個磁極之間的磁場強度均勻分布，本發明可以均勻地控制長周期結構增強鎂合金基體的結晶織構，製備大規格的合金鑄錠；2)本發明工藝簡單、操作方便、易於控制，成本和投資少。該方法只需要對直流磁場的強度和合金的凝固速率進行控制；3)本發明無汙染。直流磁場不直接接觸合金熔體，不會對合金產生汙染，也不會對環境產生汙染；4)本發明由於不需要任何攪拌，熔體凝固時液穴平穩，能有效避免金屬的吸氣和夾渣，有利於提高產品質量。
圖I為本發明的直流磁場凝固裝置的結構示意圖。圖2為本發明直流磁場作用下長周期結構增強鎂合金基體結晶織構控制的裝置示意圖。在圖中，I、直流電流控制裝置 2、磁極 3、耐火磚基座4、模具。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明做進一步說明
如圖I、圖2所示，本發明直流磁場作用下長周期結構增強鎂合金基體結晶織構控制裝置結構包括模具4和直流磁場凝固裝置等，直流磁場凝固裝置設有磁極2、耐火磚基座3和直流電流控制裝置1，模具4置於與直流電流控制裝置I相連的磁極2中，模具4放置在耐火磚基座3上，合金熔體澆注於模具4，磁極2產生的直流磁場作用於合金熔體，使合金熔體在直流磁場作用下凝固。實施例I
將Mg97Y2Cu1鎂合金在電阻爐中熔化，在50°C的過熱度下保溫10分鐘，然後將合金熔體澆注到置於直流磁場凝固裝置中預熱溫度為200°C的模具內，澆注完成後使合金在O. IT的直流磁場作用下完全凝固。經過XRD分析，該合金的鎂基體在(002)面形成了明顯的擇優取向。實施例2
將Mg97Y2Zn1鎂合金在電阻爐中熔化，在80°C的過熱度下保溫10分鐘，然後將合金熔體澆注到置於直流磁場凝固裝置中預熱溫度為400°C的模具內，澆注完成後使合金在O. 3T的 直流磁場作用下完全凝固。經過XRD分析，該合金的鎂基體在(101)面形成了明顯的擇優取向。實施例3
將Mg97Y2Cu1鎂合金在電阻爐中熔化，在90°C的過熱度下保溫10分鐘，然後將合金熔體澆注到置於直流磁場凝固裝置中預熱溫度為600°C的模具內，澆注完成後使合金在O. 5T的直流磁場作用下完全凝固。經過XRD分析，該合金的鎂基體在(100)面形成了明顯的擇優取向。實施例4
將Mg97Y2Zn1鎂合金在電阻爐中熔化，在120°C的過熱度下保溫10分鐘，然後將合金熔體澆注到置於直流磁場凝固裝置中預熱溫度為500°C的模具內，澆注完成後使合金在O. 8T的直流磁場作用下完全凝固。經過XRD分析，該合金的鎂基體在(110)面形成了明顯的擇優取向。
權利要求
1.一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟 1)將鎂合金熔化，並在一定的過熱度下保溫，然後將經過預熱的模具置於直流磁場凝固裝置中，其中，合金過熱度為10 150°c，模具預熱溫度為100 700°C ； 2)把合金熔體澆注到模具中，澆注完成後立即開啟直流磁場凝固裝置中的直流電流控制裝置，使合金熔體在直流磁場作用下完全凝固；其中，直流磁場強度為O. I I. 0T。
2.如權利要求I所述的一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，其特徵在於所述的鎂合金為鑄態中存在長周期結構相的Mg-Y-Zn合金系和Mg-Y-Cu合金系。
3.如權利要求I所述的一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，其特徵在於所述的直流磁場凝固裝置包括直流電流控制裝置、磁極和耐火磚基座，直流電流控制裝置連接磁極，磁極之間設有耐火磚基座。
全文摘要
一種直流磁場控制長周期結構增強鎂合金基體結晶織構的方法，它包括以下步驟1)將鎂合金熔化，並在一定的過熱度下保溫，然後將經過預熱的模具置於直流磁場凝固裝置中，其中，合金過熱度為10～150℃，模具預熱溫度為100～700℃；2)把合金熔體澆注到模具中，澆注完成後立即開啟直流磁場凝固裝置中的直流電流控制裝置，使合金熔體在直流磁場作用下完全凝固；其中，直流磁場強度為0.1～1.0T；模具置於直流磁場凝固裝置的兩個磁極之間，熔體澆注於模具內，兩個磁極之間產生的直流磁場作用於合金熔體；本發明可以有效控制長周期結構增強鎂合金基體的結晶織構，具有無汙染，工藝簡單，操作方便，易於控制等優點。
文檔編號B22D27/02GK102909352SQ20121044820
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者周全, 陳樂平, 董利飛 申請人:南昌航空大學