CN101423899B - 一种高塑性镁合金铸块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高塑性镁合金铸块的制造方法，步骤包括：将设定质量比的镁、锌、锆置于坩埚中，其中，所述镁、锌、锆的比例分别为80～83％、12～15％、2～8％；所述坩埚置于真空或充满惰性气体的熔炉中；将坩埚内材料加热熔化并形成均匀熔融基底；在上述熔融基底中添加占总质量比为23～27％的锂、占总质量比为7～9％的锰、占总质量比为4～6％的钇，并充分搅拌；将添加了上述锂、锰、钇的熔融基底注入铸模中，并冷却凝固形成铸块。本发明所述制造高延展性镁合金的方法中，通过添加锂、锰、钇等合金元素以改变镁合金的晶体形态，避免形成金属间化合物，从而改善镁合金的延展性和加工性。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金铸块的制造方法，尤其涉及一种高塑性镁合金铸块的制造方法。
背景技术
所谓镁合金，是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小(1.8g/cm3左右)，比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。
目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。按成型方法分为变形镁合金和铸造镁合金两类。
镁合金在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。因此，镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。
虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。
镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100％回收再利用。
随着市场对镁产品需求应用领域的不断拓宽，从航空、航天、汽车零部件、钢铁脱硫、合金压铸件、3C产品的广泛应用，到民用产品的不断研发，以及镁合金技术的进一步研究，镁产品的发展愈来愈显现出它独特的不可替代的优点。但是，镁合金构件的制造主要依靠铸造、熔化/凝固工艺，在环境温度下的不良加工性却成了其广泛应用的瓶颈所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于制造高塑性镁合金铸块的方法，通过添加其他金属元素改变镁合金的晶体形态，借此来改善镁合金在常温环境下的延展性。
本发明所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，步骤包括：
步骤一，将设定质量比的镁、锌、锆置于坩埚中，其中，所述镁、锌、锆的比例分别为80～83％、12～15％、2～8％；所述坩埚置于真空或充满惰性气体的熔炉中；
步骤二，将坩埚内材料加热熔化并形成均匀熔融基底；
步骤三，在上述熔融基底中添加占总质量比为23～27％的锂、占总质量比为7～9％的锰、占总质量比为4～6％的钇，并充分搅拌；
步骤四，将添加了上述锂、锰、钇的熔融基底注入铸模中，并冷却凝固形成铸块。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法的步骤一中，所述镁、锌、锆的比例分别为80％、15％、5％。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法的步骤三中，在熔融基底中添加占总质量比为25％的锂、占总质量比为8％的锰、占总质量比为5％的钇。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法的步骤二中，通过对熔炉感应加热而熔化坩埚内材料，且，所述坩埚固定于熔炉内的感应热线圈中。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法的步骤三中，在熔融基底中添加锂、锰、钇时，温度控制在650至680摄氏度之间。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法的步骤四之后进一步包括，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至150至200摄氏度时挤压。或，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至常温时挤压。
本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法中，通过添加锂、锰、钇等合金元素以改变镁合金的晶体形态，避免形成金属间化合物，从而改善镁合金的延展性和加工性。
附图说明
图1为本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法做详细说明。
如图1所示，本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法，包括如下步骤：
步骤101，将设定质量比的镁、锌、锆置于坩埚中，其中，所述镁、锌、锆的比例分别为80～83％、12～15％、2～8％；所述坩埚置于真空或充满惰性气体的熔炉中。
由于镁和氧具有很强的亲和力，因此本发明所述高塑性镁合金铸块的制造方法中，需要在真空熔炉中处理镁合金，或在不含氧气的充满惰性气体的熔炉中进行处理。熔炉的真空度或含氧量可通过外接控制系统进行检测。
所述设定质量比的镁、锌、锆，具体来说，所述镁、锌、锆的比例可分别为80％、15％、5％。
步骤102，将坩埚内材料加热熔化并形成均匀熔融基底。
本步骤中，可通过对熔炉进行感应加热而熔化坩埚内的镁、锌、锆。在进行感应加热时，所述坩埚固定于熔炉内的感应热线圈中。
步骤103，在上述熔融基底中添加占总质量比为23～27％的锂、占总质量比为7～9％的锰、占总质量比为4～6％的钇，并充分搅拌。
本步骤中，优选方案为在熔融基底中添加占总质量比为25％的锂、占总质量比为8％的锰、占总质量比为5％的钇。
在将锂、锰、钇添加到熔融基底中时，需要控制熔炉温度为650至680摄氏度之间。
步骤104，将添加了上述锂、锰、钇的熔融基底注入铸模中，并冷却凝固形成铸块。
本步骤所形成的铸块即可在常温下进行挤压成形。
为改善其性能，也可在挤压之前，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至150至200摄氏度时挤压。或者，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至常温时挤压。
下表列出了当镁合金中锂、锰、钇、锌、锆等金属占不同的总质量比时的屈服强度和延展性的对比关系。
所述镁合金(普通)为市售未添加锂、锰、钇等金属元素的普通镁合金产品，所述镁合金1～镁合金5为采用本发明所述方法制造而得的镁合金铸块，所述各镁合金铸块的尺寸是100mm*80mm*50mm，并在350摄氏度回火2个小时，在常温下挤压成0.15mm厚的薄板。应当注意，本发明所述方法制造的镁合金铸块不仅能挤压成薄板，而是能够挤压成任何所需形式。
| 锂(％) | 钇(％) | 锰(％) | 锌(％) | 锆(％) | 屈服强度(MPa) | 延展性(％) | |
| 镁合金(普通) | 5 | 110 | 13 | ||||
| 镁合金1 | 23.1 | 4.3 | 7.5 | 7.8 | 5.2 | 145 | 45 |
| 镁合金2 | 24.3 | 4.9 | 7.8 | 7.6 | 5.04 | 163 | 42 |
| 镁合金3 | 25 | 5 | 8 | 7.4 | 4.96 | 175 | 45 |
| 镁合金4 | 25.1 | 5.1 | 8.3 | 7.38 | 4.92 | 171 | 47 |
| 镁合金5 | 26.8 | 5.6 | 8.8 | 7.06 | 4.7 | 141 | 49 |
由上表可以看出：
从普通镁合金、镁合金1、镁合金2、镁合金3、镁合金4、镁合金5的屈服强度和延展性的对比可以看出，添加了锂、锰、钇元素之后，镁合金的屈服强度和延展性有了明显提高。并且，在添加占总质量比为25％的锂、5％的钇、8％的锰时，其屈服强度达到最高值，之后，随着锂、锰、钇占总质量比的升高，其屈服强度开始降低，延展性则是一直增强。
镁、锰、锂、钇合金的特性是具有较高的强度、较高的延展性和较低的密度，符合轻、薄、短和小的工业要求。当锂含量超过质量百分比的10％时，即可形成体心立方结构。通过增加锂含量，体心立方结构增加，这意味着能够快速地改善合金的延展性。然而，过量的附加元素将妨碍合金强度，因此，再添加钇来保持合金强度。
镁合金具有不良延展性的原因在于其六角晶格结构和形成硬金属间化合物。本发明所述方法中，通过添加特殊合金元素改变镁合金晶体形态并避免形成金属间化合物，从而改善延展性和加工性。依照本发明所述方法制造而得的高延展性镁合金，能够挤压成0.15毫米的薄板，并且能够在常温下进行深度冲压，从而可以应用在汽车、3C产品、器皿和一些办公室自动化产品上。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，步骤包括：
步骤一，将设定质量比的镁、锌、锆置于坩埚中，其中，所述镁、锌、锆的比例分别为80～83％、12～15％、2～8％；所述坩埚置于真空或充满惰性气体的熔炉中；
步骤二，将坩埚内材料加热熔化并形成均匀熔融基底；
步骤三，在上述熔融基底中添加占总质量比为23～27％的锂、占总质量比为7～9％的锰、占总质量比为4～6％的钇，并充分搅拌；
步骤四，将添加了上述锂、锰、钇的熔融基底注入铸模中，并冷却凝固形成铸块。
2.如权利要求1所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤一中，所述镁、锌、锆的比例分别为80％、15％、5％。
3.如权利要求1或2所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤三中，在熔融基底中添加占总质量比为25％的锂、占总质量比为8％的锰、占总质量比为5％的钇。
4.如权利要求1所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤二中，通过对熔炉感应加热而熔化坩埚内材料。
5.如权利要求1或4所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤二中，所述坩埚固定于熔炉内的感应热线圈中。
6.如权利要求1所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤三中，在熔融基底中添加锂、锰、钇时，温度控制在650至680摄氏度之间。
7.如权利要求1所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤四之后进一步包括，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至150至200摄氏度时挤压。
8.如权利要求1所述的高塑性镁合金铸块的制造方法，其特征在于，所述步骤四之后进一步包括，将铸块在350至400摄氏度之间回火2至3小时，再冷却至常温时挤压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Owner name: BEIJING GONLEER JINGHUA TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: TONG ZHONGSHENG Effective date: 20110318 Free format text: FORMER OWNER: SUN JINFENG WU XUEYUN |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 037500 XIMAZHUANG VILLAGE, GUANGLING COUNTY, DATONG CITY, SHANXI PROVINCE TO: 102211 NO. 594, MENGZU VILLAGE, BAISHAN TOWN, CHANGPING DISTRICT, BEIJING |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110318 Address after: 102211 Beijing city of Changping District Bai Shan Zhen Meng Lizu Village No. 594 Patentee after: BEIJING GONLEER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 037500 Shanxi province Datong Guangling County Horse Village Co-patentee before: Sun Jinfeng Patentee before: Tong Zhong Sheng Co-patentee before: Wu Xueyun |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TONG ZHONGSHENG Effective date: 20120621 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120621 Address after: 102211 Beijing city of Changping District Bai Shan Zhen Meng Lizu Village No. 594 Co-patentee after: Tong Zhong Sheng Patentee after: BEIJING GONLEER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 102211 Beijing city of Changping District Bai Shan Zhen Meng Lizu Village No. 594 Patentee before: BEIJING GONLEER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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Addressee: Sun Guixiang Document name: Notification of Passing Examination on Formalities |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231229 Address after: No. 594, Menciu village, Baishan Town, Beijing, Beijing Patentee after: BEIJING NORTH LIGHT ALLOY Co.,Ltd. Address before: No. 594, Menciu village, Baishan Town, Beijing, Beijing Patentee before: BEIJING GONLEER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: Tong Zhongsheng |