專利名稱:一種高強度高塑性變形鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于鎂合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種高強度高塑性的變形鎂合金。
背景技術(shù):
目前,鎂-鋅-鋯合金(如ZK60鎂合金)高強度變形材料較差的塑性使熱擠壓工藝條件很難控制。變形溫度太低,不能充分開動鎂基體所有的滑移系,并且合金第二相阻礙變形作用明顯,出現(xiàn)“擠不動”現(xiàn)象。因為鋅的熔點低,在合金組織中可以發(fā)現(xiàn)在枝晶臂間共晶成分偏析比較嚴重,因此變形溫度高過則使合金在熱加工時容易產(chǎn)生過熱和過燒,擠壓材表面質(zhì)量差。以現(xiàn)有的ZK60鎂合金為例(組成成分及其重量百分比含量為Zn4.8~6.2%、Zr≥0.45%、其他雜質(zhì)元素≤0.30%,余量為鎂),其在擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度286MPa,屈服強度205MPa,斷后延伸率5.6%,其在150℃下的抗拉強度僅為170Mpa。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決就是上述ZK60鎂合金存在的問題,提供一種高強度高塑性的變形鎂合金。
本發(fā)明各組分的重量百分比為Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。
本發(fā)明采用的制備方法包括以下步驟1、將工業(yè)鎂錠、鋅錠預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中加底熔劑熔化,底熔劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5~2.5%,同時撒入覆蓋劑,覆蓋劑的用量約占爐料質(zhì)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(jié)束后,升溫至780~810℃,分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀和稀土元素鈰,全部熔化后,撈底攪拌3~5min,使合金均勻化,其中稀土元素鈰預熱至300~400℃;3、將合金液溫度調(diào)整至750~760℃吹氬氣精煉6~10min,同時加入精煉劑,精煉劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5~2.5%;4、將合金液升溫至780~810℃靜置10~20min;5、降至690~710℃溫度條件下,并在保護氣氛下進行澆注,保護氣氛通常為SF6、CO2、SO2、干燥空氣混合氣體或混合氣體保護氣氛。
本發(fā)明采用的底熔劑、覆蓋劑、精煉劑必須選用少含或不含MgCl2的熔劑。
本發(fā)明通過加入金屬鈦和稀土元素鈰,其作用主要表現(xiàn)在以下方面1)添加金屬鈦,避免使用金屬鋯產(chǎn)生堆積相,從而消除擠壓制品表面的發(fā)黑現(xiàn)象,以便得到比較光亮的表面;2)添加稀土元素鈰,其晶粒內(nèi)部幾乎全部為鎂,鋅和鈰以化合物的形式聚集在晶界上,可以有效的細化晶粒,從而提高合金的抗拉強度和伸長率;3)添加稀土元素鈰,鈰和鎂形成的耐熱相Mg12Ce,可以阻礙再結(jié)晶晶粒長大,從而擠壓后得到細小的動態(tài)再結(jié)晶晶粒,對于提高合金的抗拉強度和伸長率均是有益的;4)添加稀土元素鈰,合金擠壓過程中含有Ce和Zn的析出相粒子經(jīng)破碎后沿著擠壓方向呈帶狀彌散分布,從而有效提高合金的強度特別是成品的表面質(zhì)量;5)添加稀土元素鈰,合金斷口分布了大量韌窩,與ZK60合金相比較,韌窩深,且數(shù)量多,大小均勻,展示了更好的伸長率;6)添加稀土元素鈰,鈰和鎂形成的耐熱相Mg12Ce,一般以條狀分布在晶界上或球狀分布在晶內(nèi),可以有效地釘扎住晶界以及晶內(nèi)位錯運動,成為阻礙位錯運動和晶粒變形的重要阻礙,保持了高溫下材料內(nèi)部有較高密度的位錯,提高了高溫下合金的強度;7)添加稀土元素鈰,合金擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度360MPa,屈服強度245MPa,斷后延伸率7%;150℃時平均抗拉強度250MPa,斷后延伸率大于11%。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1將鎂錠1116kg、鋅錠54kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中,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,鎂液最終溫度控制在670℃,時間控制在4h;熔化結(jié)束后,升溫至780℃,分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀0.75kg和預熱至300℃稀土元素鈰30kg,撈底攪拌3min,使合金均勻化;將合金液溫度調(diào)整至750℃,吹氬氣,同時加入RJ-6精煉劑18kg精煉6min;精煉結(jié)束后,將合金液升溫至780℃靜置10min;最后降至690℃溫度條件下,并在SF6保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn4.5%、Ce2.5%、Ti0.01%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。其擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度350MPa,屈服強度235MPa,斷后延伸率6.5%;150℃時平均抗拉強度240MPa,斷后延伸率大于11%。
由于在鎂液進行撈底及靜置沉降的過程中,可能有部分原料被清除,加上高溫氧化的原因,制成的成品率在95~96%之間。因此在取樣分析時有可能出現(xiàn)某種成分不符合合金預定的配制要求,這時應根據(jù)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。對于以下的實施例均有上述的要求。
實施例2將鎂錠1121kg、鋅錠60kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中,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,鎂液最終溫度控制在680℃,時間控制在5h;熔化結(jié)束后,升溫至795℃,分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀7.5kg和預熱至300℃稀土元素鈰18kg,撈底攪拌4min,使合金均勻化;將合金液溫度調(diào)整至755℃,吹氬氣,同時加入RJ-5精煉劑24kg精煉8min;精煉結(jié)束后,將合金液升溫至795℃靜置15min;最后降至700℃溫度條件下,并在SO2保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn5.0%、Ce1.5%、Ti0.10%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。其擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度360MPa,屈服強度245MPa,斷后延伸率7.0%;150℃時平均抗拉強度250MPa,斷后延伸率大于11%。
實施例3將鎂錠1125.5kg、鋅錠66kg預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中,加RJ-2底熔劑30kg熔化,過程撒入RJ-6覆蓋劑6.0kg以防止燃燒,鎂液最終溫度控制在690℃,時間控制在6h;熔化結(jié)束后,升溫至810℃,分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀15kg和預熱至300℃稀土元素鈰6kg,撈底攪拌5min,使合金均勻化;將合金液溫度調(diào)整至760℃,吹氬氣,同時加入RJ-4精煉劑30kg精煉10min;精煉結(jié)束后,將合金液升溫至810℃靜置20min;最后降至710℃溫度條件下,并在CO2保護氣氛下進行澆注。這樣制得的鎂合金的化學組分的重量百分比為Zn5.5%、Ce0.5%、Ti0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。其擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度370MPa,屈服強度255MPa,斷后延伸率7.5%;150℃時平均抗拉強度260MPa,斷后延伸率大于11%。
權(quán)利要求
1.一種高強度高塑性變形鎂合金,其特征在于組分的重量百分比為Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。
2.權(quán)利要求1所述高強度高塑性變形鎂合金的制備方法,其特征在于包括以下步驟1)將工業(yè)鎂錠、鋅錠預處理后投入已準備好的干凈的坩堝中加底熔劑熔化,底熔劑的用量占爐料質(zhì)量的1.5~2.5%,同時撒入覆蓋劑,覆蓋劑的用量占爐料質(zhì)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(jié)束后,升溫至780~810℃,分批而緩慢地加入氟鈦酸鉀和稀土元素鈰,全部熔化后,撈底攪拌3~5min,使合金均勻化,其中稀土元素鈰預熱至300~400℃;3)將合金液溫度調(diào)整至750~760℃吹氬氣精煉6~10min,同時加入精煉劑,精煉劑的用量占爐料質(zhì)量的1.5~2.5%;4)將合金液升溫至780~810℃靜置10~20min;5)降至690~710℃溫度條件下,并在保護氣氛下進行澆注。
全文摘要
一種高強度高塑性變形鎂合金及其制備方法,其組分的重量百分比為Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他雜質(zhì)元素≤0.05%,余量為Mg。本發(fā)明主要是在鎂-鋅-鋯合金基礎(chǔ)上通過加入稀土元素鈰和用金屬鈦替代金屬鋯,使合金晶粒明顯細化,同時與鎂形成彌散強化相,從而有效的改善其綜合性能,且該合金擠壓制品的表面質(zhì)量相比ZK系列變形鎂合金有明顯改善。該合金在擠壓態(tài)下室溫平均抗拉強度360MPa,屈服強度245MPa,斷后延伸率7%;150℃時平均抗拉強度250MPa,斷后延伸率大于11%。
文檔編號B22D21/04GK101050500SQ20071002221
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者陶衛(wèi)建 申請人:南京云海特種金屬股份有限公司