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      一種高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材及其制備方法與流程

      文檔序號:11900024閱讀:467來源:國知局
      一種高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材及其制備方法與流程

      本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)及冶金技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材及其制備方法。



      背景技術(shù):

      鎂合金是結(jié)構(gòu)輕量化的理想材料,具有密度小、比強高、易回收利用,以及減振性、電磁屏蔽性和機械加工性能優(yōu)良等優(yōu)點,在汽車、航空航天、3C、國防等領(lǐng)域的應(yīng)用擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前工業(yè)通用鎂合金主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類,變形鎂合金可以通過鍛造、擠壓、軋制等工藝獲得,相較于鑄造鎂合金,具有更高的強度、更好的延展性和更多樣化的尺寸,應(yīng)用也更為廣泛。但是目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的AZ系鎂合金存在絕對強度低(特別是高溫力學(xué)性能低),塑性成形能力差(特別是二次成形能力差),以及耐蝕性差等問題,嚴(yán)重制約了鎂合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域。其中AZ31變形鎂合金的二次成形能力和耐熱性亟待改善。例如,擠壓態(tài)AZ31鎂合金的拉伸性能(ASM handbook:Magnesium and Magnesium Alloys)室溫下分別為:屈服強度205MPa,抗拉強度275MPa,伸長率12%,屈強比(Rp0.2/Rm)0.745;高溫(150℃)下分別為:105MPa,170MPa,39%,和0.618??梢姡淝鼜姳容^高,伸長率較低,高溫時的屈服和抗拉強度均降低100MPa,分別只有室溫的1/2和2/3左右,而且,其強度不能通過熱處理工藝來提高。因此,如果通過合金成分的調(diào)整,并結(jié)合制備工藝的改進(jìn),能夠改善AZ31鎂合金的成形性以及耐熱性,將具有重要意義。

      AZ系鎂合金的耐熱性差與合金中存在低熔點Mg17Al12相以及沒有耐高溫穩(wěn)定沉淀相有關(guān)。在鎂合金中稀土元素RE能夠優(yōu)先與Al元素生成熱穩(wěn)定性高的合金相,同時減少低熔點Mg17Al12相的析出,限制位錯運動和改善晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài),從而提高鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能,但是,大量添加昂貴的Nd、Y、Gd等稀土元素也會帶來鎂合金材料成本的顯著增加,同樣制約了鎂合金材料的應(yīng)用。因此,選擇具有較低成本的La、Ce、Pr和Sm等輕稀土元素作為添加劑是目前耐熱鎂-稀土合金開發(fā)的重要方向。在申請?zhí)枮?01410309982.2的專利中,公布了在鋁含量為3.5%~4.5%的鎂合金中添加2.5%~3.5%的La和1.5%~3.0%的Sm以改善其耐熱性的方法,雖然在150℃下抗拉強度可達(dá)到150MPa左右,但室溫伸長率較低,最高不超過10%。一般來說,降低屈強比(Rp0.2/Rm)和提高伸長率可以提高金屬材料的塑性變形能力。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明提供一種高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材及其制備方法,通過在AZ31鎂合金基礎(chǔ)上提高Al含量和微量組合添加稀土元素Sm和La,并通過擠壓工藝參數(shù)的調(diào)整,降低鎂合金的屈強比,提高鎂合金的伸長率和耐熱性。

      本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

      一種高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,其合金組分的質(zhì)量百分比為:Al含量為3~4.5%,Zn含量為0.8~1.2%,Mn含量為0.15~0.25%,Sm和La總含量為0.15~0.5%,雜質(zhì)元素總含量小于0.05%,其余為Mg,其中Sm含量為0.1~0.45%,La含量為0.05~0.3%。

      所述的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,其優(yōu)選方案為,Al含量為3.5~4.5%,Zn含量為0.9~1.2%,Mn含量為0.15~0.2%,Sm和La總含量為0.35~0.5%,其中Sm含量為0.2~0.45%,La含量為0.05~0.3%。

      一種如上述的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的制備方法,包括以下步驟:

      (1)熔煉鑄錠:在保護氣作用下,分別將按所述質(zhì)量百分比稱好的鎂錠、鋁錠、鋅錠、無水MnCl2置于熔爐中,加熱至710~715℃使其熔化,扒渣以去除漂浮在熔體表面的雜質(zhì),在熔體表面均勻撒上RJ-5熔劑作為覆蓋劑,加入按所述質(zhì)量百分比稱好的Sm中間合金和La中間合金,升溫至730~750℃,Sm中間合金和La中間合金熔化后繼續(xù)加入RJ-5熔劑進(jìn)行攪拌精煉,之后靜置8~10min,待熔體溫度降至710±3℃時進(jìn)行扒渣,在保護氣作用下澆鑄預(yù)先加熱至150~250℃的低碳鋼模具中,得到鎂合金鑄錠;

      (2)均勻化:將步驟(1)所得鎂合金鑄錠置于馬弗爐中,在400~420℃下保溫10~12小時進(jìn)行均勻化處理,隨后空冷至室溫,車削加工為Φ46mm×100mm的鎂合金棒材;

      (3)熱擠壓:將步驟(2)所得鎂合金棒材于350℃保溫2小時后,利用反向擠壓裝置,在300噸油壓機上進(jìn)行熱擠壓,擠壓溫度為350℃,擠壓出口速度為1.8~1.9m/min,擠壓比為16:1~18:1,隨后空冷至室溫,得到擠壓材。

      所述的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的制備方法,其優(yōu)選方案為,鎂錠的純度≥99.9wt.%、鋁錠的純度≥99.7wt.%、鋅錠的純度≥99.99wt.%,Sm中間合金和La中間合金的成分分別為Mg-30wt.%Sm和Mg-25wt.%La。

      所述的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的制備方法,其優(yōu)選方案為,所述保護氣為CO2和SF6的混合氣體,體積比為CO2:SF6=100:1。

      本發(fā)明的有益效果為:

      (1)本發(fā)明在AZ31鎂合金基礎(chǔ)上,通過提高鋁含量和微量組合添加稀土元素Sm、La,在鎂合金中優(yōu)先形成了熱穩(wěn)定性高的Al2Sm和Al11La3合金相,抑制了低熔點Mg17Al12相的形成,改善了晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài),經(jīng)過均勻化和擠壓工藝參數(shù)調(diào)整處理后,顯著細(xì)化了鎂合金組織,明顯降低了室溫屈服比,增大了室溫伸長率,提高了高溫(150℃)屈服、抗拉強度,最終得到了高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材;

      (2)本發(fā)明的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材具有高塑、耐熱的特點,具體表現(xiàn)為:室溫下,該鎂合金的抗拉強度為260~270MPa,屈服強度為145~165MPa,伸長率為22~28%,屈強比為0.55~0.65;高溫(150℃)下,該鎂合金的抗拉強度為180~200MPa,屈服強度為120~135MPa,伸長率為35~45%,屈強比為0.6~0.7;

      (3)本發(fā)明的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,可通過低擠壓比擠壓變形獲得,其中,擠壓溫度為350℃,擠壓比為16:1~18:1,擠壓工藝簡單易實施。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明實施例1所得的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的XRD譜圖;

      圖2為本發(fā)明實施例1所得的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的典型金相組織圖;

      圖3為本發(fā)明的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的拉伸試樣尺寸圖;

      圖4本發(fā)明實施例2所得的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的XRD譜圖;

      圖5為本發(fā)明實施例2的高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材的典型金相組織圖。

      具體實施方式

      結(jié)合本發(fā)明方案的內(nèi)容,提供以下四個實施例,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述四個實施例。

      實施例1

      本實施例中高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,由以下質(zhì)量百分比的合金組分組成:3.5%Al,1.2%Zn,0.2%Mn,0.45%Sm+0.05%La,余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)元素。

      制備方法如下:

      采用電阻熔煉爐,在SF6與CO2體積比為1:100的混合氣體保護氣氛下,將Mg加熱到715℃熔化,按組分的質(zhì)量百分比加入Al、Zn和Mn,采用RJ-5熔劑對鎂合金熔體進(jìn)行凈化處理和覆蓋保護,按Sm和La的質(zhì)量百分比加入Mg-30%Sm和Mg-25%La中間合金,升溫至730℃,合金熔化后繼續(xù)加入RJ-5熔劑進(jìn)行精煉攪拌,隨后靜置10min,待熔體溫度降至710℃時進(jìn)行扒渣,在保護氣作用下澆鑄到預(yù)先加熱至200℃的低碳鋼模具中,得到具有高塑和耐熱特性的AZ系鎂合金鑄錠。將該鎂合金鑄錠于420℃保溫10h,空冷至室溫,并車削加工為Φ46mm×100mm的鎂合金棒材,去除表面的氧化部分。經(jīng)過350℃×2h的保溫處理后,利用反向擠壓裝置,在300噸油壓機上,以1.9mm/min的出口速度擠壓該鎂合金棒材,得到Φ12mm的鎂合金擠壓材,擠壓比為17.4:1。

      擠壓材的XRD譜如附圖1所示,典型金相組織如附圖2所示。將其加工成如附圖3所示的拉伸試樣,在Instron8032拉伸機上進(jìn)行室溫和150℃高溫拉伸,拉伸速度均為1mm/min,其拉伸性能如表1所示,平均值分別為:室溫下,抗拉強度=260MPa,屈服強度=146MPa,伸長率=27.5%,屈強比=0.562;150℃高溫下,抗拉強度=195MPa,屈服強度=127MPa,伸長率=39%,屈強比=0.651。

      實施例2

      本實施例中高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,由以下質(zhì)量百分比的合金組分組成:3.5%Al,0.9%Zn,0.2%Mn,0.2%Sm+0.3%La,余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)元素。

      制備方法與實施例1相同。

      擠壓材的XRD譜如附圖4所示,典型金相組織如附圖5所示。將其加工成如附圖3所示的拉伸試樣,在Instron8032拉伸機上進(jìn)行室溫和150℃高溫拉伸,拉伸速度均為1mm/min,其拉伸性能如表1所示,平均值分別為:室溫下,抗拉強度=265MPa,屈服強度=163MPa,伸長率=24%,屈強比=0.615;150℃高溫下,抗拉強度=189MPa,屈服強度=133MPa,伸長率=39.5%,屈強比=0.703。

      實施例3

      本實施例中高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,由以下質(zhì)量百分比的合金組分組成:4.5%Al,0.9%Zn,0.15%Mn,0.2%Sm+0.15%La,余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)元素。

      制備方法與實施例1相同。

      將其加工成如附圖3所示的拉伸試樣,在Instron8032拉伸機上進(jìn)行室溫和150℃高溫拉伸,拉伸速度均為1mm/min,其拉伸性能如表1所示,平均值分別為:室溫下,抗拉強度=265MPa,屈服強度=150MPa,伸長率=23%,屈強比為0.566;150℃高溫下,抗拉強度=185MPa,屈服強度=125MPa,伸長率=42%,屈強比為0.676。

      實施例4

      本實施例中高塑耐熱AZ系鎂合金擠壓材,由以下質(zhì)量百分比的合金組分組成:4.5%Al,0.9%Zn,0.15%Mn,0.2%Sm+0.2%La,余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)元素。

      制備方法與實施例1相同。

      將其加工成如附圖3所示的拉伸試樣,在Instron8032拉伸機上分別進(jìn)行室溫和150℃高溫拉伸,拉伸速度均為1mm/min,其拉伸性能如表1所示,平均值分別為:室溫下,抗拉強度=268MPa,屈服強度=155MPa,伸長率=22.5%,屈強比=0.578;150℃高溫下,抗拉強度=183MPa,屈服強度=120MPa,伸長率=45%,屈強比為0.656。

      表1實施例所得鎂合金的拉伸力學(xué)性能測試結(jié)果

      (*注:AZ31擠壓材的力學(xué)性能數(shù)據(jù)出自ASM handbook:Magnesium and Magnesium Alloys)

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