本發(fā)明涉及鎂基合金領(lǐng)域，具體涉及一種鎂合金及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)：

鎂合金是以鎂元素為主體并加入其他元素組成的合金材料，具有密度小、耐腐蝕、變形剛度大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、彈性模量大、散熱性能好、承載沖擊變形能力強(qiáng)等眾多優(yōu)良的理化特性和力學(xué)特征。目前使用最為廣泛的當(dāng)屬鎂鋁合金，其次為鎂錳合金以及鎂鋅合金等，由于具有質(zhì)量輕強(qiáng)度高的特點(diǎn)，鎂合金廣泛應(yīng)用在航空航天工藝、汽車制造工業(yè)、醫(yī)藥化工行業(yè)等工業(yè)制造領(lǐng)域。

鎂合金的分類方式主要有三種：從包含的鋁、錳、鋅、鋯以及稀土元素等五種主要元素為要素而從化學(xué)成分進(jìn)行區(qū)分，從加工制造工藝則可以區(qū)分為鑄造鎂合金和變形鎂合金等兩大類。而是否含有鋯元素也是區(qū)分鎂合金的一個(gè)方法。不同的化學(xué)元素以及成分含量對(duì)于鎂合金的性能以及加工方法有著不同的影響，鋁、錳、鋅以及稀土元素對(duì)于增強(qiáng)鎂合金的耐蝕性能和提高力學(xué)性能有積極的促進(jìn)作用。

采用熔煉法進(jìn)行鎂合金鑄造時(shí)，由于鎂元素和氧元素的化學(xué)結(jié)合力很強(qiáng)，使得熔化后的鎂很容易被氧化而發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。因此采用鑄造法熔煉鎂合金時(shí)必須采取防止氧化和燃燒的可靠措施。

中國(guó)專利CN201410402527.7公開了一種高強(qiáng)度鎂合金，該發(fā)明采用熔鑄的方法在鎂鋁合金中添加了鎢鈦合金來改善鎂合金的組織性能。但是該專利使用的鎢鈦合金由于比重大、煉制難度高抵消了鎂鋁合金的突出優(yōu)勢(shì)。

因此，針對(duì)鑄造法鎂合金的強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，需要發(fā)明一種提高鎂合金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供一種鎂合金及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種鎂合金，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：Al 5.4％～9.5％，Zn 0.56％～4.35％，Ca 0.27％～0.83％，稀土元素0.1％～0.4％，其余為Mg。

進(jìn)一步地，稀土元素由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：25％～45％Nd，25％～35％Ce，12％～18％Y，8％～12％La，5％～10％Sc，3％～5％Sm。

本發(fā)明的另一發(fā)明目的，在于提供一種上述鎂合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟S1，熔煉：將坩堝爐預(yù)熱至250℃～300℃，保溫2h～4h，加入所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)，加入保護(hù)熔劑，同時(shí)通入保護(hù)氣體，將坩堝爐加熱升溫至550℃～650℃，使Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg完全熔化，濾除液相表面漂浮的保護(hù)熔劑，使坩堝爐繼續(xù)升溫至700℃～720℃精煉15min～30min，得到表面光亮的鎂合金液態(tài)熔體；

步驟S2，析晶：在溫度為700℃～720℃時(shí)將碳酸鎂細(xì)顆粒加入到步驟S1得到的鎂合金液態(tài)熔體中，攪拌均勻，保溫20min～25min，繼續(xù)使坩堝爐溫度升高至780℃～850℃，保溫5min～30min，形成光亮液相；

步驟S3，鑄造：將步驟S2得到的光亮液相快速冷卻至570℃～600℃，以0.5m/s～5m/s的速度澆鑄到砂型中，使用50℃～70℃的液相水進(jìn)行水淬冷卻，經(jīng)后續(xù)鍛造加工處理，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金。

進(jìn)一步地，步驟S1中，保護(hù)熔劑由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料混合而成：NaCl 10％～15％，H₃BO₃ 10％～15％，KCl 35％～40％，MgCl₂ 35％～40％。

進(jìn)一步地，步驟S1中，保護(hù)氣體為：N₂ 20％～30％，SF₆ 5％～10％，其余為惰性氣體。

進(jìn)一步地，步驟S2中，碳酸鎂細(xì)顆粒的質(zhì)量為：Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)總質(zhì)量的1％～2％。

進(jìn)一步地，步驟S2中，坩堝爐溫度升高的升溫速率為：20℃/min～30℃/min。

進(jìn)一步地，步驟S3中，水淬冷卻的冷卻速率為：50℃/min～70℃/min。

進(jìn)一步地，步驟S3中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金的屈服強(qiáng)度為210MPa～250MPa，抗拉強(qiáng)度為350MPa～400MPa。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明在鎂合金組成中含有混合稀土元素成分，能夠使鎂合金的晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化，提高耐熱性能，減小疏松和熱裂，改善鑄造性能和機(jī)械加工性能，顯著提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，全面提高鎂合金的綜合性能；

2.本發(fā)明的增強(qiáng)方法中采用含有硼酸的熔融鹽和混合保護(hù)氣體提高了鎂合金熔煉的操作安全性，同時(shí)熔煉時(shí)以細(xì)小晶粒為形核中心促進(jìn)了鎂合金結(jié)構(gòu)組織的充分發(fā)育和生長(zhǎng)，從微觀層面上提高了鎂合金的晶粒均勻度，有利于提高鎂合金強(qiáng)度；

3.本發(fā)明的增強(qiáng)方法控制方法明確，工藝流程規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)出效果良好，適用范圍廣闊。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例1

一種鎂合金，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：Al 5.4％，Zn 0.56％，Ca 0.27％，稀土元素0.1％，其余為Mg。

進(jìn)一步地，稀土元素由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：25％Nd，35％Ce，18％Y，12％La，5％Sc，5％Sm。

實(shí)施例2

一種鎂合金，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：Al 9.5％，Zn 4.35％，Ca 0.83％，稀土元素0.4％，其余為Mg。

進(jìn)一步地，稀土元素由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：45％Nd，25％Ce，12％Y，8％La，7％Sc，3％Sm。

實(shí)施例3

一種鎂合金，由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：Al 7.5％，Zn 2.5％，Ca 0.55％，稀土元素0.25％，其余為Mg。

進(jìn)一步地，稀土元素由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制備而成：35％Nd，30％Ce，13％Y，8％La，10％Sc，4％Sm。

實(shí)施例4

一種鎂合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟S1，熔煉：將坩堝爐預(yù)熱至250℃，保溫2h，加入所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)，加入保護(hù)熔劑，同時(shí)通入保護(hù)氣體，將坩堝爐加熱升溫至550℃，使Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg完全熔化，濾除液相表面漂浮的保護(hù)熔劑，使坩堝爐繼續(xù)升溫至700℃精煉15min，得到表面光亮的鎂合金液態(tài)熔體；其中，保護(hù)熔劑由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料混合而成：NaCl 10％，H₃BO₃ 15％，KCl 35％，MgCl₂ 40％；保護(hù)氣體為：N₂ 20％，SF₆ 5％，其余為惰性氣體。

步驟S2，析晶：在溫度為700℃時(shí)將碳酸鎂細(xì)顆粒加入到步驟S1得到的鎂合金液態(tài)熔體中，攪拌均勻，保溫20min，繼續(xù)使坩堝爐溫度以20℃/min的升溫速率升高至780℃，保溫5min，形成光亮液相；其中，碳酸鎂細(xì)顆粒的質(zhì)量為：Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)總質(zhì)量的1％；

步驟S3，鑄造：將步驟S2得到的光亮液相快速冷卻至570℃，以0.5m/s的速度澆鑄到砂型中，使用50℃的液相水進(jìn)行水淬冷卻，經(jīng)后續(xù)鍛造加工處理，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金；其中，水淬冷卻的冷卻速率為：50℃/min。

對(duì)本實(shí)施例制得的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金根據(jù)ASTM B94進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：

實(shí)施例5

一種鎂合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟S1，熔煉：將坩堝爐預(yù)熱至300℃，保溫4h，加入所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)，加入保護(hù)熔劑，同時(shí)通入保護(hù)氣體，將坩堝爐加熱升溫至650℃，使Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg完全熔化，濾除液相表面漂浮的保護(hù)熔劑，使坩堝爐繼續(xù)升溫至720℃精煉30min，得到表面光亮的鎂合金液態(tài)熔體；其中，保護(hù)熔劑由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料混合而成：NaCl 15％，H₃BO₃ 10％，KCl 40％，MgCl₂ 35％；保護(hù)氣體為：N₂ 30％，SF₆ 10％，其余為惰性氣體。

步驟S2，析晶：在溫度為720℃時(shí)將碳酸鎂細(xì)顆粒加入到步驟S1得到的鎂合金液態(tài)熔體中，攪拌均勻，保溫25min，繼續(xù)使坩堝爐溫度以30℃/min的升溫速率升高至850℃，保溫30min，形成光亮液相；其中，碳酸鎂細(xì)顆粒的質(zhì)量為：Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)總質(zhì)量的2％；

步驟S3，鑄造：將步驟S2得到的光亮液相快速冷卻至600℃，以5m/s的速度澆鑄到砂型中，使用70℃的液相水進(jìn)行水淬冷卻，經(jīng)后續(xù)鍛造加工處理，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金；其中，水淬冷卻的冷卻速率為：70℃/min。

對(duì)本實(shí)施例制得的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金根據(jù)ASTM B94進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：

實(shí)施例6

一種鎂合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟S1，熔煉：將坩堝爐預(yù)熱至280℃，保溫3h，加入所述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)，加入保護(hù)熔劑，同時(shí)通入保護(hù)氣體，將坩堝爐加熱升溫至600℃，使Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg完全熔化，濾除液相表面漂浮的保護(hù)熔劑，使坩堝爐繼續(xù)升溫至710℃精煉22min，得到表面光亮的鎂合金液態(tài)熔體；其中，保護(hù)熔劑由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料混合而成：NaCl 12％，H₃BO₃ 13％，KCl 38％，MgCl₂ 37％；保護(hù)氣體為：N₂ 25％，SF₆ 8％，其余為惰性氣體。

步驟S2，析晶：在溫度為710℃時(shí)將碳酸鎂細(xì)顆粒加入到步驟S1得到的鎂合金液態(tài)熔體中，攪拌均勻，保溫22min，繼續(xù)使坩堝爐溫度以25℃/min的升溫速率升高至810℃，保溫22min，形成光亮液相；其中，碳酸鎂細(xì)顆粒的質(zhì)量為：Al、Zn、Ca、稀土元素、Mg單質(zhì)總質(zhì)量的1.5％；

步驟S3，鑄造：將步驟S2得到的光亮液相快速冷卻至585℃，以2.7m/s的速度澆鑄到砂型中，使用60℃的液相水進(jìn)行水淬冷卻，經(jīng)后續(xù)鍛造加工處理，即得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金；其中，水淬冷卻的冷卻速率為：60℃/min。

對(duì)本實(shí)施例制得的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)的鎂合金根據(jù)ASTM B94進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。