CN102051544B - 一种强韧性镁合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种强韧性镁合金材料及制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%。

Description

一种强韧性镁合金材料及制备方法

技术领域

     本发明属于金属材料领域，涉及一种强韧性镁合金材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 韧性镁合金作为韧性材料一直受到普遍重视。

CN200910012544.9公开一种高强韧性变形镁合金及其制备方法，属于材料技术领域，该合金的成分为Zn 4.5～5.5％，Nd 2.5～3.5％，Zr 0.25～0.5％，余量为Mg；其抗拉强度为260～300MPa，屈服强度为250～290MPa，断裂伸长率为6～9％。其制备方法为：将纯镁铸锭、金属锌、金属钕和镁锆合金按上述设定成分配制，采用熔炼炉、网格过滤装置、测重仪和循环泵进行循环熔炼，然后浇注成铸锭，加热至325～335℃，保温后进行轧制，总变形量为62～68％。本发明的方法制备的高强韧性变形镁合金，具有较高的强韧性，而且易于轧制。其抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为260～300MPa、250～290MPa、6～9％。该上述合金断裂伸长率低。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种强韧性镁合金材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种强韧性镁合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种强韧性镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%； 

镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为9-11％，Sr为0.2％～0.5％，Sn为2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Zr为0.5％～1％，La为0.1％～0.3％，其余为Mg；

铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%,S<0.025%,其余为Fe。

基体中还分布有化合物MgB2、MgCo2和Co3Sn2颗粒。

一种强韧性镁合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝及取直径为1-2mm和成分重量百分含量:C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍；控制铜丝与铁丝共占材料的体积百分比为10-35%；

按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼铁丝；镀钴层的厚度为100-200微米；渗硼层的厚度为200-300微米；铜丝与得到的渗硼铁丝和镀钴铁丝三者总体长度相当；

按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混合三丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为9-11％，Sr为0.2％～0.5％，Sn为2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Zr为0.5％～1％，La为0.1％～0.3％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为700-720℃；

将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。   

本发明相比现有技术的有益效果如下：

1、本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。铜丝的Cu及铁丝上的B、Co进入液态镁中，与镁合金中的元素形成MgB2、MgCo2、Mg2Cu、Co3Sn2等特殊化合物，弥散增强镁合金基体中； Fe固溶在镁合金，对镁固溶强化；未熔的铜丝及铁丝与镁合金冶金结合，对镁合金起到增强增韧的作用。

2、另外，本发明材料中的Zr和La与Mg可以形成化合物MgLa和Mg2Zr，分布于基体中，对镁合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料韧性的提高。本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。

3、合金材料用铁代替了部分镁，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

本发明的合金性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的强韧性镁合金材料的金相组织。

图1可以看到在镁合金与金属丝结合良好。

具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。以下铜丝与铁丝均为市购，镀钴、渗硼层自制。

实施例一：

铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备：

分别取直径为1mm、成分为纯铜的铜丝；

取直径为1mm、成分重量百分含量: C为0.05%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所取铁丝的总体长度为铜丝的二倍；控制两种金属丝占材料的体积百分比为10%。

按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼铁丝；镀钴层的厚度为100微米；渗硼层的厚度为200微米；形成的渗硼铁丝、镀钴丝与铜丝三者长度相当； 

按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混合三丝金属丝团（三根丝各取一根同时成团，形成三丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法制作），金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为9％，Sr为0.2％，Sn为2％，Pb为2％，Fe为1％，Zr为0.5％，La为0.1％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为710-715℃；

将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。

实施例二：

镁合金材料基体成分按重量百分含量：Al为11％，Sr为0.5％，Sn为3％，Pb为3％，Fe为2％，Zr为1％，La为0.3％，其余为Mg进行配料。

铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量：C为0.09%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。两种金属丝直径均为2mm；铁丝的总体长度为铜丝的二倍，两种金属丝占材料的体积百分比为35%。

按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼铁丝；镀钴层的厚度为200微米；渗硼层的厚度为300微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

实施例三：

镁合金材料基体成分按重量百分含量：Al为10％，Sr为0.3％，Sn为2.5％，Pb为2.5％，Fe为1.5％，Zr为0.7％，La为0.2％，其余为Mg进行配料。

铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量：C为0.07%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。两种金属丝直径均为1.5mm，铁丝的总体长度为铜丝的二倍，两种金属丝占材料的体积百分比为20%。

镀钴层的厚度为150微米。渗硼层的厚度为250微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

镁合金材料基体成分按重量百分含量：Al为8％，Sr为0.1％，Sn为1％，Pb为1％，Fe为0.5％，Zr为0.4％，La为0.05％，其余为Mg进行配料。

铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量：C为0.04%，Si为0.1%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。两种金属丝直径为0.5mm，铁丝的总体长度为铜丝的二倍，两种金属丝占材料的体积百分比为5%。

铁丝不镀钴也不渗硼层。按清洁球生产的常规方法制作得到的三股金属丝（二股铁丝，一股为铜丝）混合的三丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

镁合金材料基体成分按重量百分含量：Al为12％，Sr为0.7％，Sn为4％，Pb为43％，Fe为3％，Zr为1.5％，La为0.4％，其余为Mg进行配料。

铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量：C为0.1%，Si为0.4%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。两种金属丝直径为3mm，铁丝的总体长度为铜丝的二倍，两种金属丝占材料的体积百分比为40%。

按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼铁丝；镀钴层的厚度为250微米；渗硼层的厚度为350微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

     表1

本发明镁合金材料中的Al、Sr、Sn、Pb、Fe、Zr、La含量的增高利于合金的力学性能提高；但有些元素如Al、Sr、Sn、Pb、Fe过多则化合物过多，削弱合金的韧性。有些元素如Zr 、La过多，造成元素浪费。

铁丝的成分为C、Si、 Mn增高利于合金的力学性能提高；过多削弱合金的韧性。

金属丝体积百分比的增加，利于材料韧性的提高。但是过多，镁合金基体包不住铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的韧性。因此影响合金的抗蚀能力。如产品5。

金属丝直径太细，表面积太大，不利于镀层元素溶入镁水中。金属丝直径太粗，在镁合金基体中分布的密度减小，不利于材料整体韧性的提高。

Claims (1)

1.一种强韧性镁合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝及取直径为1-2mm和成分重量百分含量:C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍；控制铜丝和铁丝占材料的体积百分比为10-35%；

按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼铁丝；镀钴层的厚度为100-200微米；渗硼层的厚度为200-300微米；铜丝与得到的渗硼铁丝和镀钴铁丝三者总体长度相当；

按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混合三丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为9-11％，Sr为0.2％～0.5％，Sn为2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Zr为0.5％～1％，La为0.1％～0.3％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为700-720℃；

将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。