CN101210295A - 一种镁合金的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金的加工方法，其步骤如下：(1)将镁合金熔炼好后，浇入SF6/CO2气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在620－580℃，保持10－15分钟；(2)经电磁搅拌后，利用0.2－0.3个大气压的SF6和CO2混合气体将步骤(1)所得浆料压入型腔中进行充型，充型速度0.2－0.6Kg/s，模具温度250－280℃；型腔温度为240－260℃，时间0.2－0.4分钟；(3)充型完毕后加压100－150MPa，待铸件凝固后去压即可。本发明的方法结合半固态与高压凝固手段，通过凝固过程中的两次形核，可有效细化镁合金零部件组织、消除气孔、疏松、成分偏析与热裂倾向，采用该方法成形的镁合金零部件的力学性能较常规压铸生产工艺有明显的提高，同时还能进行后续热处理时效。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高强、高韧镁合金的加工方法。该发明属于材料加工领域。
背景技术
镁合金为目前最轻的结构金属，密度约为铝的3/5，钢的1/4。镁合金还具有良好的导电导热性以及电磁屏蔽性等诸多优点。镁合金零部件已经在汽车工业与电子通讯产品上得到一定范围内的应用，但是，镁合金零部件由于强度较低，限制了其在工业上进一步应用，尤其是汽车工业上的应用。
目前主要采用变形与添加大量稀土元素来提高镁合金的力学性能，这两种方法由于成本高、成品率低等原因而无法适应大规模工业生产。
目前，绝大多数镁合金零部件采用压铸技术生产。由于压铸过程中，熔体注射速度较高，气体易卷进熔体，并在高温、高压条件下进入熔体，因而压铸件不适宜焊接和热处理。同时，压铸镁合金零部件的力学性能普遍力学性能不够高，AZ91D合金经压铸后抗拉强度只能达到230MPa左右，无法满足一些力学性能要求较高的场合，如汽车轮毂的生产。虽然塑性加工可明显改善镁合金的力学性能，但目前能够进行塑性加工的镁合金牌号较少，目前较常见的形变镁合金仅有AZ31、ZK60等。由于镁合金为密排六方结构，挤压变形产品的力学性能在平行和垂直于挤压方向表现出较严重的各向异性；挤压件另一力学不对称现象就是抗压屈服强度要比抗拉屈服强度明显减小。同时，镁合金的塑性加工效率低，成品率也较低，无形之中增加了镁合金零部件的成本。近几年发明的触变成形技术所生产的铸件具有组织细小、均匀的特征，同时也避免了气孔、缩松和热裂现象，但由于镁粒的氧化问题而影响了该工艺在生产实际中的应用。
因此，提供一种可显著改善铸件内部组织，提高铸件力学性能，以满足汽车镁合金轮毂、方向盘、刹车活塞助力器等零部件生产需要的镁合金的加工方法就成为该技术领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强、高韧镁合金加工方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种镁合金的加工方法，其步骤如下：
(1)将镁合金熔炼好后，浇入SF6和CO2的混合气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在620-580℃，保持10-15分钟；
(2)经电磁搅拌后，利用压力为0.2-0.3个大气压的SF6和CO2的混合气体将步骤(1)所得浆料压入型腔中进行充型，充型速度0.2-0.6Kg/s；时间0.2-0.4分钟，由气压大小来控制，模具温度250-280℃；型腔温度为240-260℃；
(3)充型完毕后50-150ms内加压至100-150MPa，待铸件凝固后去压，得镁合金。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(3)之后，再加如下步骤：
(4)固溶处理：去压后的铸件经420-430℃固溶处理18-20小时，SO2气体保护，水淬至室温。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(4)之后，再加如下步骤：
(5)时效温度为200-210℃，时效时间为8-9小时。
本发明的方法结合半固态与高压凝固手段，通过凝固过程中的两次集中形核，可有效细化镁合金零部件组织、消除气孔、疏松、成分偏析与热裂倾向，采用该方法成形的镁合金零部件的力学性能较常规压铸生产工艺有明显的提高，同时还能进行后续热处理时效。
本发明的方法通过镁合金熔体在两相区间的保温，并形成一定比例的固相，经电磁搅拌后，再利用低压铸造方式充型，待型腔中气体充分逃逸，封闭型腔，并对熔体施加100-150MPa左右高压，使熔体高压凝固成形。通过该方法加工的镁合金AZ91D合金，室温强度较压铸方法有20％左右的提高，屈服强度(σ0.2)可超过180MPa，抗拉强度(σb)可超过280MPa，伸长率(65)≥5％；将铸件进行进一步的热处理后，屈服强度超过200MPa，抗拉强度可超过310MPa。
本发明所涉及的原理为：镁合金熔体经净化处理后，传送到恒温炉中，对AZ91D合金熔体温度保持在580℃-620℃范围内，经过一定时间的保温，形成一定比例的α晶核，然后经电磁搅拌后充型，充型完毕后施以高压，根据Clausius-Clapeyron公式，熔体的平衡凝固温度随外界压力增大而上升(V1＞Vs)，因而在高压下就很容易得到较大的过冷度。经理论计算表明：在150MPa的压力下，AZ91D合金的液相线温度可以提升10℃左右。因而导致较大的形核驱动力，促使剩余液相的第二次集中形核。因而，在半固态与高压凝固条件下，镁合金铸件的显微组织可得到明显细化，同时消除了气孔、热裂、成分偏析等铸造缺陷。
本发明所涉及的新型镁合金加工方法主要有以下几个特点：
1.采用低压气体将镁合金熔体充型，可避免气体卷入熔体。
2.进行压力加工前，型腔中的气体可从气缝中逃逸。
3.模具具有足够的高温强度，保证承受尽可能大的压力。
4.主要通过控制熔体保温温度、保温时间、充型速度(Kg/s)、模具温度(℃)等参数来实现对制件组织与性能的控制。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
对比实施例
现有AZ91D合金主要采用压铸工艺生产，原料经熔化精炼工序后，采用60-150MPa的压射比压喷射熔体，充型速度为60-90m/s，铸造比压为60-100MPa，模温为180-250℃，浇铸温度为660-690℃。产品的铸态性能为屈服强度为160-175MPa，抗拉强度为220-230MPa，伸长率为2-4％(ASTM-B557，静态拉伸)。晶粒尺寸为38.5μm(GB/T6394-2002，直线截点法)。
实施例1
AZ91D合金熔炼好后，浇入SF6和CO2的混合气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在620℃，保持10分钟，经电磁搅拌2分钟后，利用低压0.2-0.3个大气压的SF6/CO2混合气体将浆料压入型腔中，充型速度0.6Kg/s，模具温度256℃；充型时间为0.2分钟，型腔温度为240℃，充型完毕加压。待铸件冷却到室温后去压。铸件经420℃固溶处理18小时，SO2气体保护，水淬至室温。时效温度为200℃，时效时间为8小时。
平均晶粒尺寸：36.4μm。(GB/T6394-2002，直线截点法，下同)
AZ91D合金铸态的室温力学性能为：
抗拉强度：286MPa，屈服强度：184MPa，延伸率：6.4％。(ASTM-B557，静态拉伸，下同)
AZ91D的室温T6态力学性能为：
抗拉强度：316.2MPa，屈服强度：217MPa，延伸率：3.2％。
实施例2
AZ91D合金熔炼好后，浇入SF6/CO2气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在620℃保持15分钟，经电磁搅拌2分钟后，利用低压SF6/CO2混合气体将浆料压入型腔中，充型速度0.2Kg/s，模具温度250℃；充型时间为0.2分钟，型腔温度为240℃，充型完毕加压。待铸件冷却到室温后去压。铸件经420℃固溶处理18小时，SO2气体保护，水淬至室温。时效温度为200℃，时效时间为8小时。
平均晶粒尺寸：35.8μm。
AZ91D合金铸态的室温力学性能为：
抗拉强度：278MPa，屈服强度：172MPa，延伸率：6.8％。AZ91D的室温T6态力学性能为：
抗拉强度：306MPa，屈服强度：196MPa，延伸率：3.7％。
实施例3
AZ91D合金熔炼好后，浇入SF6/CO2气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在600℃保持10分钟，经电磁搅拌2分钟后，利用低压SF6/CO2混合气体将浆料压入型腔中，充型速度0.4Kg/s，模具温度280℃；充型时间为0.2分钟，型腔温度为240℃，充型完毕加压。待铸件冷却到室温后去压。铸件经420℃固溶处理18小时，SO2气体保护，水淬至室温。时效温度为200℃，时效时间为8小时。
平均晶粒尺寸：32.7μm。
AZ91D合金铸态的室温力学性能为：
抗拉强度：292MPa，屈服强度：205MPa，延伸率：6.5％。
AZ91D的室温T6态力学性能为：
抗拉强度：327MPa，屈服强度：228MPa，延伸率：4.3％。
实施例4
AZ91D合金熔炼好后，浇入SF6/CO2气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在600℃保持15分钟，经电磁搅拌2分钟后，利用低压SF6/CO2混合气体将浆料压入型腔中，充型速度0.6Kg/s，模具温度256℃；充型时间为0.2分钟，型腔温度为240℃，充型完毕加压。待铸件冷却到室温后去压。铸件经420℃固溶处理18小时，SO2气体保护，水淬至室温。时效温度为200℃，时效时间为8小时。
平均晶粒尺寸：33.1μm。
AZ91D合金铸态的室温力学性能为：
抗拉强度：286MPa，屈服强度：191MPa，延伸率：6.3％。
AZ91D的室温T6态力学性能为：
抗拉强度：317MPa，屈服强度：207MPa，延伸率：4.0％。
实施例5
AZ91D合金熔炼好后，浇入SF6/CO2气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在580℃保持10分钟，经电磁搅拌2分钟后，利用低压SF6/CO2混合气体将浆料压入型腔中，充型速度0.6Kg/s，模具温度280℃；充型时间为0.2分钟，型腔温度为240℃，充型完毕加压。待铸件冷却到室温后去压。铸件经420℃固溶处理18小时，SO2气体保护，水淬至室温。时效温度为200℃，时效时间为8小时。
平均晶粒尺寸：37.5μm。
AZ91D合金铸态的室温力学性能为：
抗拉强度：282MPa，屈服强度：180MPa，延伸率：6.6％。
AZ91D的室温T6态力学性能为：
抗拉强度：311MPa，屈服强度：212MPa，延伸率：3.5％。
Claims (3)
1.一种镁合金的加工方法，其步骤如下：
(1)将镁合金熔炼好后，浇入SF6和CO2的混合气体保护的恒温炉中保温，熔体温度保持在620-580℃，保持10-15分钟；
(2)经电磁搅拌后，利用压力为0.2-0.3个大气压的SF6和CO2的混合气体将步骤(1)所得浆料压入型腔中进行充型，充型速度0.2-0.6Kg/s，时间0.2-0.4分钟，型腔温度为240-260℃，模具温度250-280℃；
(3)充型完毕后50-150ms内加压至100-150MPa，待铸件凝固后去压，得镁合金。
2.根据权利要求1所述的镁合金的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)之后，再加如下步骤：
(4)固溶处理：去压后的铸件经420-430℃固溶处理18-20小时，SO2气体保护，水淬至室温。
3.根据权利要求2所述的镁合金的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)之后，再加如下步骤：
(5)时效温度为200-210℃，时效时间为8-9小时。
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