专利名称:一种高强度高塑性变形镁合金及其制备方法
技术领域:
本发明属于镁合金生产技术领域,尤其涉及一种高强度高塑性的变形镁合金。
背景技术:
目前,镁-锌-锆合金(如ZK60镁合金)高强度变形材料较差的塑性使热挤压工艺条件很难控制。变形温度太低,不能充分开动镁基体所有的滑移系,并且合金第二相阻碍变形作用明显,出现“挤不动”现象。因为锌的熔点低,在合金组织中可以发现在枝晶臂间共晶成分偏析比较严重,因此变形温度高过则使合金在热加工时容易产生过热和过烧,挤压材表面质量差。以现有的ZK60镁合金为例(组成成分及其重量百分比含量为Zn4.8~6.2%、Zr≥0.45%、其他杂质元素≤0.30%,余量为镁),其在挤压态下室温平均抗拉强度286MPa,屈服强度205MPa,断后延伸率5.6%,其在150℃下的抗拉强度仅为170Mpa。
发明内容
本发明所要解决就是上述ZK60镁合金存在的问题,提供一种高强度高塑性的变形镁合金。
本发明各组分的重量百分比为Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。
本发明采用的制备方法包括以下步骤1、将工业镁锭、锌锭预处理后投入已准备好的干净的坩埚中加底熔剂熔化,底熔剂的用量约占炉料质量的1.5~2.5%,同时撒入覆盖剂,覆盖剂的用量约占炉料质量的0.3~0.5%,整个熔化过程时间控制在2~6h,且镁液最终温度控制在670~690℃;2、熔化结束后,升温至780~810℃,分批而缓慢地加入氟钛酸钾和稀土元素铈,全部熔化后,捞底搅拌3~5min,使合金均匀化,其中稀土元素铈预热至300~400℃;3、将合金液温度调整至750~760℃吹氩气精炼6~10min,同时加入精炼剂,精炼剂的用量约占炉料质量的1.5~2.5%;4、将合金液升温至780~810℃静置10~20min;5、降至690~710℃温度条件下,并在保护气氛下进行浇注,保护气氛通常为SF6、CO2、SO2、干燥空气混合气体或混合气体保护气氛。
本发明采用的底熔剂、覆盖剂、精炼剂必须选用少含或不含MgCl2的熔剂。
本发明通过加入金属钛和稀土元素铈,其作用主要表现在以下方面1)添加金属钛,避免使用金属锆产生堆积相,从而消除挤压制品表面的发黑现象,以便得到比较光亮的表面;2)添加稀土元素铈,其晶粒内部几乎全部为镁,锌和铈以化合物的形式聚集在晶界上,可以有效的细化晶粒,从而提高合金的抗拉强度和伸长率;3)添加稀土元素铈,铈和镁形成的耐热相Mg12Ce,可以阻碍再结晶晶粒长大,从而挤压后得到细小的动态再结晶晶粒,对于提高合金的抗拉强度和伸长率均是有益的;4)添加稀土元素铈,合金挤压过程中含有Ce和Zn的析出相粒子经破碎后沿着挤压方向呈带状弥散分布,从而有效提高合金的强度特别是成品的表面质量;5)添加稀土元素铈,合金断口分布了大量韧窝,与ZK60合金相比较,韧窝深,且数量多,大小均匀,展示了更好的伸长率;6)添加稀土元素铈,铈和镁形成的耐热相Mg12Ce,一般以条状分布在晶界上或球状分布在晶内,可以有效地钉扎住晶界以及晶内位错运动,成为阻碍位错运动和晶粒变形的重要阻碍,保持了高温下材料内部有较高密度的位错,提高了高温下合金的强度;7)添加稀土元素铈,合金挤压态下室温平均抗拉强度360MPa,屈服强度245MPa,断后延伸率7%;150℃时平均抗拉强度250MPa,断后延伸率大于11%。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1将镁锭1116kg、锌锭54kg预处理后投入已准备好的干净的坩埚中,加RJ-2底熔剂18kg熔化,过程中撒入RJ-4覆盖剂3.6kg以防止燃烧,镁液最终温度控制在670℃,时间控制在4h;熔化结束后,升温至780℃,分批而缓慢地加入氟钛酸钾0.75kg和预热至300℃稀土元素铈30kg,捞底搅拌3min,使合金均匀化;将合金液温度调整至750℃,吹氩气,同时加入RJ-6精炼剂18kg精炼6min;精炼结束后,将合金液升温至780℃静置10min;最后降至690℃温度条件下,并在SF6保护气氛下进行浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Zn4.5%、Ce2.5%、Ti0.01%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。其挤压态下室温平均抗拉强度350MPa,屈服强度235MPa,断后延伸率6.5%;150℃时平均抗拉强度240MPa,断后延伸率大于11%。
由于在镁液进行捞底及静置沉降的过程中,可能有部分原料被清除,加上高温氧化的原因,制成的成品率在95~96%之间。因此在取样分析时有可能出现某种成分不符合合金预定的配制要求,这时应根据预定的配方,相应加入某些原料再次熔炼,直至取样分析合格为止。对于以下的实施例均有上述的要求。
实施例2将镁锭1121kg、锌锭60kg预处理后投入已准备好的干净的坩埚中,加RJ-2底熔剂24kg熔化,过程中撒入RJ-5覆盖剂4.8kg以防止燃烧,镁液最终温度控制在680℃,时间控制在5h;熔化结束后,升温至795℃,分批而缓慢地加入氟钛酸钾7.5kg和预热至300℃稀土元素铈18kg,捞底搅拌4min,使合金均匀化;将合金液温度调整至755℃,吹氩气,同时加入RJ-5精炼剂24kg精炼8min;精炼结束后,将合金液升温至795℃静置15min;最后降至700℃温度条件下,并在SO2保护气氛下进行浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Zn5.0%、Ce1.5%、Ti0.10%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。其挤压态下室温平均抗拉强度360MPa,屈服强度245MPa,断后延伸率7.0%;150℃时平均抗拉强度250MPa,断后延伸率大于11%。
实施例3将镁锭1125.5kg、锌锭66kg预处理后投入已准备好的干净的坩埚中,加RJ-2底熔剂30kg熔化,过程撒入RJ-6覆盖剂6.0kg以防止燃烧,镁液最终温度控制在690℃,时间控制在6h;熔化结束后,升温至810℃,分批而缓慢地加入氟钛酸钾15kg和预热至300℃稀土元素铈6kg,捞底搅拌5min,使合金均匀化;将合金液温度调整至760℃,吹氩气,同时加入RJ-4精炼剂30kg精炼10min;精炼结束后,将合金液升温至810℃静置20min;最后降至710℃温度条件下,并在CO2保护气氛下进行浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Zn5.5%、Ce0.5%、Ti0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。其挤压态下室温平均抗拉强度370MPa,屈服强度255MPa,断后延伸率7.5%;150℃时平均抗拉强度260MPa,断后延伸率大于11%。
权利要求
1.一种高强度高塑性变形镁合金,其特征在于组分的重量百分比为Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。
2.权利要求1所述高强度高塑性变形镁合金的制备方法,其特征在于包括以下步骤1)将工业镁锭、锌锭预处理后投入已准备好的干净的坩埚中加底熔剂熔化,底熔剂的用量占炉料质量的1.5~2.5%,同时撒入覆盖剂,覆盖剂的用量占炉料质量的0.3~0.5%,整个熔化过程时间控制在2~6h,且镁液最终温度控制在670~690℃;2)熔化结束后,升温至780~810℃,分批而缓慢地加入氟钛酸钾和稀土元素铈,全部熔化后,捞底搅拌3~5min,使合金均匀化,其中稀土元素铈预热至300~400℃;3)将合金液温度调整至750~760℃吹氩气精炼6~10min,同时加入精炼剂,精炼剂的用量占炉料质量的1.5~2.5%;4)将合金液升温至780~810℃静置10~20min;5)降至690~710℃温度条件下,并在保护气氛下进行浇注。
全文摘要
一种高强度高塑性变形镁合金及其制备方法,其组分的重量百分比为Zn4.5~5.5%、Ce0.5~2.5%、Ti0.01~0.20%、Si≤0.08%、Fe≤0.01%、Cu≤0.01%、Ni≤0.002%、其他杂质元素≤0.05%,余量为Mg。本发明主要是在镁-锌-锆合金基础上通过加入稀土元素铈和用金属钛替代金属锆,使合金晶粒明显细化,同时与镁形成弥散强化相,从而有效的改善其综合性能,且该合金挤压制品的表面质量相比ZK系列变形镁合金有明显改善。该合金在挤压态下室温平均抗拉强度360MPa,屈服强度245MPa,断后延伸率7%;150℃时平均抗拉强度250MPa,断后延伸率大于11%。
文档编号B22D21/04GK101050500SQ20071002221
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者陶卫建 申请人:南京云海特种金属股份有限公司