CN102418020A

CN102418020A - 强化az系镁合金及其制备方法

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Publication number: CN102418020A
Application number: CN2011103931228A
Authority: CN
Inventors: 程仁菊; 潘复生; 姜山; 李�权; 杨明波; 钟秋鑫; 姜爱民; 薛雯娟; 蒋显全
Original assignee: Chongqing Academy of Science and Technology
Current assignee: Chongqing Academy of Science and Technology
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明公开了一种Al-Sr强化AZ系镁合金及其制备方法，合金成分按重量百分比由以下成分组成：Al3.4～6.5%，Zn1.2%，Mn0.4%，Sr0.015～0.206%，余量为Mg。该方法以AZ31镁合金为母合金，通过在其中加入Al-Sr中间合金来实现，该方法主要步骤为熔炼制锭-均匀化-热挤压。该方法得到的添加了Al-Sr中间合金的AZ系变形镁合金具有较高强度的同时有很好的塑性，具有良好的应用前景。

Description

强化AZ系镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种强化AZ系镁合金，本发明还提供了该种强化镁合金的制备方法，属金属材料及冶金领域。

背景技术

　镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越、能屏蔽电磁辐射、易于回收利用等显著优点，使其特别适合于汽车、摩托车等交通工具和计算机、通讯、仪器仪表、家电、轻工、军事等领域的应用，被誉为“21世纪的绿色结构材料”。

变形镁合金与铸造镁合金相比具有更高的强度、更好的塑韧性和优良的综合性能，更适合于制造大型结构件和满足结构多样化的要求。变形镁合金中最常用的合金系是以Mg-Al为基础的Mg-Al-Zn系，Mg-Al-Zn系镁合金是目前塑性成型性、力学性能和综合性能等指标均较好的变形镁合金体系，得到了工业界的广泛重视，但其强度和塑性仍然是限制其广泛应用的最大阻碍。由于目前的AZ系镁合金中合金元素含量较低，在常温下基本都是以固溶形式存在，形成Mg₁₇Al₁₂第二相的量又非常少，因此不能进行热处理强化。而细晶强化可以在改善镁合金的塑性成形性的同时提高其强度，是目前用于提高AZ系镁合金性能的主要方法。

目前，AZ系镁合金研究较多的强化剂有碳(C)、钙(Ca)、稀土(RE)、锶(Sr)等，主要通过添加一种或几种元素来改善其组织，从而达到提高强度的目的。目前的研究结果表明当Sr添加量达到1%时，室温下合金的屈服强度有所提高，但拉伸性能和延伸率均减小；而Sr添加量增大，合金高温下的机械性能也提高，但拉伸性能和延伸率仍然会减小。因此业内人士希望寻找到一种既能提高AZ系镁合金的屈服强度，又能提高AZ系镁合金的塑性（即抗拉强度和延伸率）的强化AZ系镁合金及其制造方法从而推动AZ系镁合金的工业化应用。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种Sr的含量小，但是强度高、塑性高的强化AZ系镁合金，本发明还提供了该种强化镁合金的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种强化AZ系镁合金，该合金按重量百分比由以下组分组成：Al 3.4%-6.5%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，Sr 0.015-0.206%，余量为Mg。

本发明的强化AZ系镁合金的屈服强度、延伸率、抗拉强度均提高了。

作为优选：该合金按重量百分比由以下组分组成：Al 5.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，Sr 0.105%，余量为Mg。这种配比的强化AZ系镁合金的屈服强度、延伸率、抗拉强度均得到了显著的提高。

本发明的Al-Sr强化AZ系镁合金的制备方法为：按照以下步骤完成：

a)熔炼制锭：将AZ系镁合金母合金放入250-350℃下预热的坩埚中待熔化后升温至700-800℃，打渣，去除漂浮在熔融液表面的杂质，然后在熔融液表面均匀撒上二号溶剂保护；然后再将在250-350℃下预热20～30分钟的Al-Sr中间合金用打渣瓢迅速压入熔融液的液面下，保温静置4-6分钟，搅拌混合均匀，再静置50-70分钟；静置后再打渣，并浇铸入预热到250-350℃的铁质模具中得到铸锭，浇注温度为650-700℃；

b)均匀化：将步骤a)得到的铸锭在410～420℃温度下，保温10-14小时，进行均匀化处理，然后冷却至室温得到的合金锭；

c)热挤压：将步骤b)得到的合金锭在250-350℃温度下预热2小时后进行热挤压得到强化AZ系镁合金，挤压温度为300-350℃，挤压速度为4～6m/min，挤压比为25-30%。

本发明采用添加Al-Sr中间合金强化AZ系镁合金的机理在于：一方面，Al在镁中主要表现了固溶强化及时效强化作用，Al在镁中的溶解度随温度降低而下降，当合金凝固时过饱和固溶体中析出弥散、平衡的β-Mg₁₇Al₁₂强化相，提高镁合金的强度。另一方面，锶的原子半径比镁大（R_Sr=2.15，R_Mg=1.60），Sr在镁合金中的固溶度低，凝固过程中锶会在固—液界面富集，影响了晶粒的生长动力学，从而使晶粒细化，从而提高合金强度。因此，由于Sr元素对合金的晶粒细化作用和Al元素的强化作用，使得当Sr含量仅为0.015%-0.206%的情况下合金的强度和塑性均有所提高。

在上述技术方案中：所述AZ系镁合金母合金为AZ31镁合金锭，且其按重量百分比由以下组分组成：Al 3.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，余量为Mg。

在上述技术方案中：所述Al-Sr中间合金中，Al的含量为89.5%，Sr的含量为10.5%。

本发明的有益效果是：提出了添加Al-Sr中间合金强化AZ系镁合金的方法，通过熔炼制锭—均匀化处理—热挤压等步骤制备出的AZ系镁合金，该方法得到的添加了Al-Sr中间合金的AZ系变形镁合金具有较高强度的同时有很好的塑性，具有良好的应用前景。

说明书附图

图1合金铸态组织：a)对比合金；b)实施例1；c)实施例2；d)实施例3；e)实施例4；f)实施例5；

图2实施例5和6中得到的合金中粗大的Al₄Sr相；

图3合金拉伸端口SEM形貌：a)对比合金；b)实施例1；c)实施例2；d)实施例3；e)实施例4；f)实施例5。

其中对比合金为由AZ31镁合金（其组分为Al 3.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，余量为Mg。）经过熔炼制锭-均匀化以及热挤压的步骤，但是在熔炼制锭的过程中不添加Al-Sr中间合金后得到的合金。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明

表1

	母合金（即AZ31镁合金原料）	添加Al-Sr中间合金的量	Sr收得率
				实施例1	5000g	19g	30%
实施例2	5000g	43g	58%
				实施例3	5000g	68g	70%
实施例4	5000g	92g	81.5%
				实施例5	5000g	117g	82%

此处用于制备实施例1-5的AZ系镁合金母合金选择的是AZ31镁合金，其组分为Al 3.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，余量为Mg。

Al-Sr中间合金中：Al的含量为89.5%，Sr的含量为10.5%。

本发明按照以下步骤完成：

a)熔炼制锭：将表1中实施例1-5的AZ31镁合金锭（母合金锭）分别放入在250-350℃下预热的坩埚中待熔化后升温至700-800℃，打渣，去除漂浮在熔融液表面的杂质，然后在熔融液表面均匀撒上二号溶剂保护；然后再将在250-350℃下预热20～30分钟的Al-Sr中间合金用打渣瓢迅速压入熔融液的液面下，保温静置4-6分钟，搅拌混合均匀，再静置50-70分钟；静置后再打渣，并浇铸入预热到250-350℃的铁质模具中得到铸锭，浇注温度为650-700℃；

c)热挤压：将步骤b)得到的合金锭在250-350℃温度下预热2小时后进行热挤压得到Al-Sr强化AZ31镁合金（具体组分见表2），挤压温度为300-350℃，挤压速度为4～6m/min，挤压比为25-30%。

表2为表1中5个实施例所得Al-Sr强化AZ31镁合金的组分含量。

	Al	Zn	Mn	Sr
						实施例1	3.4%	1.2%	0.4%	0.015%	余量为Mg
实施例2	4.6%	1.2%	0.4%	0.058%	余量为Mg
						实施例3	5.2%	1.2%	0.4%	0.105%	余量为Mg
实施例4	6.5%	1.2%	0.4%	0.163%	余量为Mg
						实施例5	6.4%	1.2%	0.4%	0.206%	余量为Mg

对对比合金以及实施例1-5中得到的合金材料做力学性能测验，测验结果见表3：

表3合金力学性能

合金	抗拉强度	增幅	屈服强度	增幅	延伸率	增幅
							对比合金	272	—	199	—	16.5	—
实施例1	275	1.1%	202	1.5%	17.1	3.6%
							实施例2	282	3.7%	206	3.5%	17.5	6.1%
实施例3	290	6.6%	207	4.0%	20.8	26.1%
							实施例4	287	5.5%	200	0.5%	20.3	23.0%
实施例5	289	6.3%	201	1.0%	19.3	17.0%

从表3的测验结果我们可以看出：添加了Al-Sr中间合金后的实施例1-5合金的力学性能均提高，实施例4的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到290MP、207MP和20.8%，与未添加Al-Sr中间合金的对比合金相比，增幅分别达到6.6%、4.0%和26.1%。显示了本发明的合金在具有较高的抗拉强度和屈服强度的同时有较好的塑性。分析研究合金铸态组织如图1所示，表明未添加Al-Sr中间合金的AZ31镁合金第二相组织粗大，且分布不均，晶粒枝晶组织粗大。添加一定量的Al-Sr中间合金后合金中的第二相的量增多，且分布较均匀，枝晶组织被细化。但当Sr含量超过0.1%以后则会形成粗大的Al₄Sr相，如图2所示，这就是导致实施例5和6力学性能有所下降的原因。分析研究合金挤压态的拉伸断口SEM形貌如图3所示，可见，对比合金的室温拉伸断口形貌特征主要是河流花样及少量的韧窝，说明断裂方式主要是脆性断裂。添加了Al-Sr中间合金后的合金，实施例1-5则韧窝明显增多，但如图3e和图3f所示实施例5和实施例6的部分韧窝中出现了颗粒状物（如图3e、3f中的箭头所示），也可解释实施例5和实施例6性能有所下降的原因。

本发明的添加了Al-Sr中间合金的AZ系变形镁合金具有较高强度的同时有很好的塑性，具有良好的应用前景。

本发明不局限于具体实施方式，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种强化AZ系镁合金，其特征在于：该合金按重量百分比由以下组分组成：Al 3.4%-6.5%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，Sr 0.015-0.206%，余量为Mg。

2.根据权利要求1所述强化AZ系镁合金，其特征在于：该合金按重量百分比由以下组分组成：Al 5.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，Sr 0.105%，余量为Mg。

3.一种制备强化AZ系镁合金的方法，其特征在于，按照以下步骤完成：

a)熔炼制锭：将AZ系镁合金母合金放入在250-350℃下预热的坩埚中待熔化后升温至700-800℃，打渣，去除漂浮在熔融液表面的杂质，然后在熔融液表面均匀撒上二号溶剂保护；然后再将在250-350℃下预热20～30分钟的Al-Sr中间合金用打渣瓢迅速压入熔融液的液面下，保温静置4-6分钟，搅拌混合均匀，再静置50-70分钟；再打渣，并浇铸入预热到250-350℃的铁质模具中得到铸锭，浇注温度为650-700℃；

4.根据权利要求3所述制备强化AZ系镁合金的方法，其特征在于：所述AZ系镁合金母合金为AZ31镁合金锭，且其按重量百分比由以下组分组成：Al 3.2%，Zn 1.2%，Mn 0.4%，余量为Mg。

5.根据权利要求3所述制备强化 AZ系镁合金的方法，其特征在于：所述Al-Sr中间合金中，Al的含量为89.5%，Sr的含量为10.5%。