用於進行高速擠壓的鎂鋁系變形鎂合金的製作方法
2023-11-09 18:45:57
專利名稱：用於進行高速擠壓的鎂鋁系變形鎂合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於進行高速擠壓的Mg-Al系變形鎂合金，該合金在進行高速擠壓的同時可以保持較高的力學性能。屬於金屬材料技術領域。
背景技術：
鎂合金是密度最小的金屬結構材料之一，被譽為「21世紀商用綠色環保和生態金屬結構材料」。近年來汽車工業的迅猛發展以及緊迫的汽車輕量化(節能、安全、環保)要求使鎂合金在汽車上的用量迅速增長。變形鎂合金材料可以提供尺寸多樣的板、棒、型材及鍛件產品，並且可以通過材料組織結構控制，熱處理工藝改進，獲得更高的強度，更好的延展性及更多樣化的力學性能，可以滿足多樣化結構件的要求，這剛好適合汽車中越來越多地採用壓力加工產品的特點。因此，變形鎂合金及其製品將代表21世紀鎂合金在汽車工業中更高層次的應用方向，其應用領域可進一步擴大到航天航空、交通運輸、電子器件、體育、辦公，尤其是軍工領域，發展變形鎂合金及其變形加工技術具有重要的意義。
Mg-Al-Zn系合金是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能是分不開的。Al元素在鎂中有很大的室溫固溶強化能力，如果需要高的屈服強度，Al含量可以增加到8％左右。但是，在此合金系中，低的Al含量是經常所採用的，因為低的Al含量可以顯著的提高其最大的可擠壓速度，以降低生產成本，其中AZ31合金的最大擠壓速度可以達到20m/min，當Al含量增大至8％，即AZ80合金，其最大擠壓速度只有2m/min左右，生產成本很高。因此，AZ31合金是目前最常用的商用變形鎂合金。但是隨著擠壓速度的增大，擠壓過程中產生的溫升也升高，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(張青來，盧晨，丁文江，分流擠壓鎂合金管材工藝研究，輕合金加工技術，2003，31(10)，28-30)。同時，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(袁廣銀，孫揚善，張為民，Bi對鑄造鎂合金組織和力學性能的影響，鑄造，1998，5，p5-7)，使得擠壓終了產品的力學性能較低。要保持擠壓終了產品較高的力學性能，則AZ31合金的擠壓速度不能大於10m/min，這就間接的增加了生產成本。
發明內容
本發明的目的在於針對AZ31合金在高速擠壓過程中的不足，提供一種用於進行高速擠壓的鎂鋁系變形鎂合金，該變形鎂合金可用於進行高速的擠壓生產，降低生產成本，擠壓終了產品晶粒細小且具有較高力學性能。
本發明所開發的變形鎂合金各組分的重量百分比為2-5％Al、0.1-0.7％Mn，其餘為Mg9995。
Mg9995的成分參照GB/T 3499-2003，其中限制雜質元素Si≤0.01％、Ni≤0.001％、Cu≤0.002％、Fe≤0.003％。
本發明所開發的變形鎂合金錠的製備方法與常規鎂合金錠的製備方法相似，將工業用鎂合金熔煉爐加熱至400～500℃，加入純鎂錠(Mg9995)和純鋁錠，待純鎂錠和鋁錠全部熔化後，加入預熱至200℃左右的純Mn，合金全部熔化後，將合金液溫度升至730～750℃，加入鎂合金精煉劑進行精煉，保溫靜置30～40分鐘後，將合金液溫度降至690～700℃澆濤成實心圓鑄錠。
本發明具有以下有益效果1、所開發的變形Mg-Al合金錠的製備方法與常規鎂合金錠的製備方法相似，容易操作。
2、所開發的變形Mg-Al合金由於具有較低的Al含量，可以進行高速的擠壓生產，以降低生產成本。
3、所開發的變形Mg-Al合金由於其不含有Zn元素，使得合金基體中沒有低熔點的Mg17Al12相存在，而在高速擠壓的過程中會析出細小彌散的Al-Mn合金顆粒，這些Al-Mn合金顆粒具有較高的熔點(＞720℃)，在擠壓過程中不會熔解掉，能夠對擠壓後的晶粒起到足夠的釘扎作用以阻止其長大，細小的晶粒決定了其擠壓終了產品具有較高的力學性能。
4、所開發的變形Mg-Al合金由於其在擠壓後具有較高的力學性能，可以用於生產車窗框架、座椅骨架等汽車部件；還可以擠壓成棒材，作為航空航天領域的零部件坯料。
圖1為本發明實施例的Mg-4Al-0.5Mn合金擠壓後的SEM形貌和EDX分析。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作詳細描述。
實施例1合金各組分的重量百分比為2％Al、0.1％Mn，其餘為Mg9995，將此成分的合金命名為Mg-2Al-0.1Mn合金。
將工業用鎂合金熔煉爐加熱至400～500℃，加入佔總合金量97.9％的純鎂錠(Mg9995)和2％的純鋁錠，待純鎂錠和鋁錠全部熔化後，加入佔總合金量0.1％、預熱至200℃左右的純Mn，合金全部熔化後，將合金液溫度升至730～750℃，加入鎂合金精煉劑進行精煉，保溫靜置30～40分鐘後，將合金液溫度降至690～700℃澆濤成Ф100mm的實心圓鑄錠。
Mg-2Al-0.1Mn合金在420℃進行擠壓，擠壓速度為15m/min時，其擠壓終了產品的力學性能如下表所示
實施例2合金各組分的重量百分比為3％Al、0.3％Mn，其餘為Mg9995，將此成分的合金命名為Mg-3Al-0.3Mn合金。
將工業用鎂合金熔煉爐加熱至400～500℃，加入佔總合金量96.7％的純鎂錠(Mg9995)和3％的純鋁錠，待純鎂錠全部熔化後，加入佔總合金量0.3％、預熱至200℃左右的純Mn，合金全部熔化後，將合金液溫度升至730～750℃，加入鎂合金精煉劑進行精煉，保溫靜置30～40分鐘後，將合金液溫度降至690～700℃澆濤成Ф100mm的實心圓鑄錠。
Mg-3Al-0.3Mn合金在420℃進行擠壓，擠壓速度為15m/min時，其擠壓終了產品的力學性能如下表所示
實施例3合金各組分的重量百分比為4％Al、0.5％Mn，其餘為Mg9995，將此成分的合金命名為Mg-4Al-0.5Mn合金。
將工業用鎂合金熔煉爐加熱至400～500℃，加入佔總合金量95.5％的純鎂錠(Mg9995)和4％的純鋁錠，待純鎂錠全部熔化後，加入佔總合金量0.5％、預熱至200℃左右的純Mn，合金全部熔化後，將合金液溫度升至730～750℃，加入鎂合金精煉劑進行精煉，保溫靜置30～40分鐘後，將合金液溫度降至690～700℃澆濤成Ф100mm的實心圓鑄錠。
Mg-4Al-0.5Mn合金在420℃進行擠壓，擠壓速度為15m/min時，其擠壓終了產品的力學性能如下表所示
圖1為Mg-4Al-0.5Mn合金擠壓後的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌和X-射線電子衍射(EDX)分析。在高速擠壓過程中會析出細小彌散的顆粒相(如圖1(a)所示)，由圖1(c)可知，這些細小的顆粒相為Al-Mn相，Al-Mn相具有較高的熔點(＞720℃)，在擠壓過程中不會熔解掉，能夠對擠壓後的晶粒起到足夠的釘扎作用(如圖1(b)所示)以阻止其長大。
實施例4合金各組分的重量百分比為5％Al、0.7％Mn，其餘為Mg9995，將此成分的合金命名為Mg-5Al-0.7Mn合金。
將工業用鎂合金熔煉爐加熱至400～500℃，加入佔總合金量94.3％的純鎂錠(Mg9995)和5％的純鋁錠，待純鎂錠全部熔化後，加入佔總合金量0.7％、預熱至200℃左右的純Mn，合金全部熔化後，將合金液溫度升至730～750℃，加入鎂合金精煉劑進行精煉，保溫靜置30～40分鐘後，將合金液溫度降至690～700℃澆濤成Ф100mm的實心圓鑄錠。
Mg-5Al-0.7Mn合金在420℃進行擠壓，擠壓速度為15m/min時，其擠壓終了產品的力學性能如下表所示
權利要求
1.一種用於進行高速擠壓的鎂鋁系變形鎂合金，其特徵在於各組分的重量百分比為2-5％Al、0.1-0.7％Mn，其餘為Mg9995。
2.一種權利要求1的鎂鋁系變形鎂合金的應用，其特徵在於用於生產汽車車窗框架、座椅骨架；或擠壓成棒材，作為航空航天領域的零部件坯料。
全文摘要
本發明涉及一種用於進行高速擠壓的鎂鋁系變形鎂合金，該合金在進行高速擠壓的同時可以保持較高的力學性能，屬於金屬材料技術領域。本發明所開發的變形鎂合金各組分的重量百分比為2－5％Al、0.1－0.7％Mn，其餘為Mg9995。本發明所開發的變形鎂合金可以進行高速擠壓生產，擠壓終了產品的晶粒細小且具有較高的力學性能，可以用於生產車窗框架、座椅骨架等汽車部件；還可以擠壓成棒材，作為航空航天領域的零部件坯料。
文檔編號C22C23/02GK1876871SQ20061002833
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者王迎新, 曾小勤, 蔣海燕, 丁文江 申請人:上海交通大學, 上海美格力輕合金有限公司