CN102433478B - 一种具有优良可轧性能的镁合金及其板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料技术及冶金技术领域，具体涉及一种可轧性优良的镁合金及其板材的制备方法。本发明的可轧性优良的镁合金是Mg-Zn-Cu系镁合金，按质量百分比，含有1.0%~5.5%的Zn，1.0%~4.0%的Cu，0~1.0%Mn或Zr，0~1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，Mg为余量，杂质Fe含量<0.005%。将经熔炼和铸造后得到的镁合金样品预热至300~450℃，保温2h，在轧辊温度为室温~200℃条件下进行轧制，道次压下率为10%~65%，总压下率为80%~90%，得到无边裂的Mg-Zn-Cu系镁合金板材。本发明的Mg-Zn-Cu系镁合金在热轧过程不发生边裂，若在轧制温度较高时，即使在不加热轧辊且板材无中间退火的情况下，仍然可获得无边裂的热轧板材。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术及冶金技术领域，具体涉及一种具有优良可轧性能的镁合金及其板材的制备方法。
背景技术
镁合金具有密度小、比强高以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，是结构轻量化的理想材料，近年来镁合金的研究与应用得到人们的高度重视，但是，镁合金也存在熔铸困难大、塑性变形困难、抗高温蠕变性差和耐蚀性差等问题，严重制约其应用的领域。其中，塑性变形能力差，使得一般镁合金的轧制、挤压和锻造等塑性变形工艺复杂，不仅需要高温变形，还要经过繁杂的中间退火工艺。如镁合金板材轧制常用的AZ31B镁合金，在轧制过程中不仅要把坯料加热至350～450℃进行热轧，同时还要加热轧辊至100～200℃，即便如此，仍然存在板材边裂严重，成材率低的严重问题，这是镁合金板材价格高的重要原因。因此，通过开发具有高塑性或高成形性的新型镁合金，或者通过塑性变形工艺来提高现有镁合金的成形性，获得高质量变形产品是近年国内外镁合金研究领域的重要方向。
在十九世纪30年代至50年代，通过在镁中添加锂，析出具有bcc结构的b相，显著提高了镁合金的成形性，但镁－锂合金强度低、耐蚀性极差，同时因大量添加锂(>5.3wt.%)而造成该合金昂贵，除了少量军事用途外，未能得到广泛应用。近年国内外在高强镁合金或者耐热镁合金的研究开发方面有较好的进展，但在改善变形镁合金的塑性与成形性方面举步维艰，进展极其有限，因此，高塑性或高成形性镁合金开发，特别是高可轧性镁合金材料的开发，对镁合金，尤显其重要性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有优良可轧性能的镁合金及其板材的制备方法，目的是克服现有技术中镁合金存在的可轧制性差，即使在高温轧制并且轧辊加热的情况下，轧裂趋势仍然严重，无法避免边裂等问题。
本发明的具有优良可轧性能的镁合金是Mg-Zn-Cu系镁合金，按质量百分比，含有1.0%～5.5%的Zn，1.0%～4.0%的Cu，0～1.0%Mn或Zr，0～1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，Mg为余量，杂质Fe含量<0.005%。
其中MM是富Ce混合稀土，按质量百分比，Ce含量至少为50%，余量为La，Nd和Pr。
制备本发明的可轧性优良的镁合金及其板材按照以下步骤进行：
(1)采用电阻熔炼炉或燃气熔炼炉，在二号熔剂或五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730℃～740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入1～5.5%的Zn，1.0～4.0%的Cu，0～1.0%Mn或Zr，0～1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，得到Mg-Zn-Cu系镁合金熔体，经过搅拌后降温至680℃～700℃进行铸造；
(2)采用低频电磁油滑半连续铸造，电磁频率为30Hz，安匝数为3000-5500AT，在保护气氛为SF6+CO2混合气体的条件下，铸造宽厚比为2.5～3.5的镁合金扁坯，将得到的镁合金扁坯于400℃～420℃下退火10～24小时，然后铣面；
(3)将铣面后的镁合金板坯样品预热至300～450℃，保温2h，在轧辊温度为25℃～200℃条件下进行轧制，道次压下率为10%～65%，总压下率为80%～90%，得到无边裂的Mg-Zn-Cu系镁合金板材。
所述的SF6+CO2混合气体中SF6和CO2体积比为：1:10。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明的技术方案，在不同的热轧制度下均不发生边裂现象。
当轧辊温度为25℃，在轧制温度，即坯料预热温度，至少为380℃时，能实现平均道次压下率、最大道次压下率和总压下率分别达到为23%、35%和80%以上的无须中间退火的连续热轧过程，并获得无边裂的轧制板材；经中间退火也能实现平均道次压下率、最大道次压下率和总压下率分别达到为23%、40%和80%以上的热轧过程，并获得无边裂的轧制板材；
当加热轧辊至100℃以上，轧制温度至少为350℃时，经中间退火，能实现平均道次压下率、最大道次压下率和总压下率分别达到40%以上、55%以上和80%以上的大压下热轧过程，并获得无边裂的轧制板材。
附图说明
图1为本发明实例1、实例4和实例5的镁合金铸造扁坯的典型组织；
图2为本发明实例2的镁合金铸造扁坯的典型组织；
图3为本发明实例3的镁合金铸造扁坯的典型组织；
图4为本发明实例6的镁合金铸造扁坯的典型组织；
图5为本发明实例7的镁合金铸造扁坯的典型组织；
图6为本发明实例1的镁合金板材与AZ31B热轧板外观对比图；
图7为本发明实例2和例3的镁合金板材与AZ31B热轧板外观对比图；
图8为本发明实例4～实例9的镁合金板材与AZ31B热轧板外观对比图。
具体实施方式
本实施例中的Mg、Zn、Cu采用一级镁锭、一级锌锭和一级电解铜，Y、Nd、Gd和Zr采用中间合金，Ce、MM采用纯金属，Mn采用锰剂，熔剂为市场购买产品。
实施例1
采用电阻熔炼炉，在二号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入4%的Zn，3%的Cu和0.4%的Mn，所得镁合金熔体用六氯乙烷和二号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至680℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为135mm/min，水量为25L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为5500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-3.35Zn-2.73Cu-0.16Mn的镁合金扁坯，附图1为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取160mm×140mm×41mm规格的样品预热至380℃，保温2小时，按表1所示的轧制制度进行轧制，轧辊为25℃，无中间退火，经六道次连续热轧至7.8mm，平均道次压下率为23.9%,最大道次压下率达到35.1%，其总压下率达到81%，板材无边裂，如附图6所示。
表1实施例1的轧制制度
实施例2
采用电阻熔炼炉，在二号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入4%的Zn，3%的Cu和0.5%的Zr，所得镁合金熔体用六氯乙烷和二号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至685℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为5500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-4.01Zn-2.95Cu-0.3Zr的镁合金扁坯，附图2为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取161mm×141mm×42mm规格的样品预热至380℃，保温2小时，按表2所示的轧制制度进行轧制，轧辊为25℃，经380℃×20min中间退火，七道次热轧至6.0mm，平均道次压下率为23.8%，最大道次压下率达到40.7%，其总压下率达到85.7%，板材无边裂，如附图7所示。
表2实施例2的轧制制度
实施例3
采用燃气熔炼炉，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入1.5%的Zn，4%的Cu，0.8%的Nd，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至690℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为3500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-1.22Zn-3.62Cu-0.66Nd的镁合金扁坯，附图3为其典型铸造组织；将扁坯于420℃退火24小时，退火结束后铣面，铣面后选取160mm×150mm×42mm规格的样品预热至450℃，保温2小时，在轧辊为25℃时，进行六道次轧制，中间退火制度为450℃×40min，平均道次压下率为25.6%，最大道次压下率为41.3%，总压下率为83.8%，得到无边裂的Mg-1.22Zn-3.62Cu-0.66Nd镁合金板材，如附图7所示。
表3实施例3的轧制制度
实施例4
采用电阻熔炼炉，在二号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入4%的Zn，3%的Cu和0.4%的Mn，所得镁合金熔体用六氯乙烷和二号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至685℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为5000AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-3.8Zn-2.90Cu-0.21Mn的镁合金扁坯，附图1为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取150mm×157mm×40mm规格的样品预热至380℃，保温2小时，按表3所示的轧制制度进行轧制，将轧辊加热至120±10℃，经两次350℃×30min中间退火，三道次热轧至7.1mm，平均道次压下率为41.3%,最大道次压下率达到61.6%，其总压下率达到82.3%，板材无边裂，如附图8所示。
表4实施例4的轧制制度
实施例5
采用电阻熔炼炉，在二号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入4%的Zn，3%的Cu和0.4%的Mn，所得镁合金熔体用六氯乙烷和二号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至685℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为4500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-3.71Zn-2.83Cu-0.34Mn的镁合金扁坯，附图1为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取159mm×141mm×41mm规格的样品预热至350℃，保温2小时，按表4所示的轧制制度进行轧制，将轧辊加热至140±10℃，经两次350℃×30min中间退火，三道次连续热轧至5.2mm，平均道次压下率为48.4％,最大道次压下率达到57.3%，其总压下率达到87.3%，板材无边裂，如附图8所示。
表5实施例5的轧制制度
实施例6
采用电阻熔炼炉，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入2%的Zn，2%的Cu、0.4%的Y和0.5%的Zr，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至685℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为3000AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-1.92Zn-1.50Cu-0.127Y-0.41Zr的镁合金扁坯，附图4为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取156mm×154mm×40mm规格的样品预热至350℃，保温2小时，按表5所示的轧制制度进行轧制，将轧辊加热至170±10℃，经两次350℃×30min中间退火，三道次热轧至6.2mm，平均道次压下率为44.9%,最大道次压下率达到61.1%，其总压下率达到84.5%，板材无边裂，如附图8所示。
表6实施例6的轧制制度
实施例7
采用电阻熔炼炉，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入2%的Zn，3%的Cu、0.4%的MM，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至690℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为3500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-1.94Zn-2.89Cu-0.26MM的镁合金扁坯，附图5为其典型铸造组织；将扁坯于400℃退火10小时，退火结束后铣面，铣面后选取160mm×150mm×42mm规格的样品预热至360℃，保温2小时，按表6所示的轧制制度进行轧制，将轧辊加热至200±10℃，经两次360℃×30min中间退火，三道次热轧至8.0mm，平均道次压下率为40.7%，最大道次压下率达到59.3%，其总压下率达到81%，板材无边裂，如附图8所示。
表7实施例7的轧制制度
实施例8
采用燃气熔炼炉，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入5%的Zn，4%的Cu，1.0%的Ce，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至690℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为3500AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-4.94Zn-3.54Cu-0.71Ce的镁合金扁坯，将扁坯于420℃退火24小时，退火结束后铣面，铣面后选取160mm×150mm×40mm规格的样品预热至350℃，保温2小时，在轧辊温度为140±10℃条件下，经两次360℃×30min中间退火，三道次热轧制至6.7mm，平均道次压下率为42.1%，最大道次压下率为65%，总压下率为83.3%，得到无边裂的Mg-4.94Zn-3.54Cu-0.71Ce镁合金板材，如附图8所示。
表8实施例8的轧制制度
实施例9
采用燃气熔炼炉，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃熔化，按镁合金的质量百分比，加入5.5%的Zn，3%的Cu、0.5%的Gd，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，经过搅拌后降温至690℃；在体积比为1:10的SF6和CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，铸造速度为100mm/min，水量为30L/min，施加电磁条件为：电磁频率为30Hz，安匝数为5000AT，得到规格为200mm×60mm×1800mm，化学分析组成为Mg-4.96Zn-3.04Cu-0.37Gd的镁合金扁坯，将扁坯于400℃退火24小时，退火结束后铣面，铣面后选取160mm×149mm×42mm规格的样品预热至400℃，保温2小时，在轧辊温度为100±10℃条件下进行三道次轧制，中间退火制度为400℃×40min，平均道次压下率为43.2%，最大道次压下率为59.7%，总压下率为83.1%，得到无边裂的Mg-4.96Zn-3.04Cu-0.37Gd镁合金板材，如附图8所示。
表9实施例9的轧制制度
Claims (3)
1.一种具有优良可轧性能的镁合金，其特征在于是Mg-Zn-Cu系镁合金，按质量百分比，含有1.0%～5.5%的Zn，1.0%～4.0%的Cu，0～1.0%Mn或Zr，0～1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，Mg为余量，杂质Fe含量＜0.005%；其制备按照以下步骤进行：
(1)采用电阻熔炼炉或燃气熔炼炉，在二号熔剂或五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730°C～740°C熔化，按镁合金的质量百分比，加入1～5.5%的Zn，1.0～4.0%的Cu，0～1.0%Mn或Zr，0～1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，得到Mg-Zn-Cu系镁合金熔体，经过搅拌后降温至680°C～700°C进行铸造；
(2)采用低频电磁油滑半连续铸造，电磁频率为30Hz，安匝数为3000-5500AT，在保护气氛为SF6+CO2混合气体的条件下，铸造宽厚比为2.5～3.5的镁合金扁坯，将得到的镁合金扁坯于400°C～420°C下退火10～24小时，然后铣面；
(3)将铣面后的镁合金板坯样品预热至300～450℃，保温2h，在轧辊温度为25℃～200℃条件下进行轧制，道次压下率为10%～65%，总压下率为80%～90%，得到无边裂的Mg-Zn-Cu系镁合金板材。
2.一种具有优良可轧性能的镁合金板材的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)采用电阻熔炼炉或燃气熔炼炉，在二号熔剂或五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730°C～740°C熔化，按镁合金的质量百分比，加入1.0～5.5%的Zn，1.0～4.0%的Cu，0～1.0%Mn或Zr，0～1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，得到Mg-Zn-Cu系镁合金熔体，经过搅拌后降温至680°C～700°C进行铸造；
(2)采用低频电磁油滑半连续铸造，电磁频率为30Hz，安匝数为3000-5500AT，在保护气氛为SF6+CO2混合气体的条件下，铸造宽厚比为2.5～3.5的镁合金扁坯，将得到的镁合金扁坯于400°C～420°C下退火10～24小时，然后铣面；
(3)将铣面后的镁合金板坯样品预热至300～450℃，保温2h，在轧辊温度为25℃～200℃条件下进行轧制，道次压下率为10%～65%，总压下率为80%～90%，得到无边裂的Mg-Zn-Cu系镁合金板材。
3.根据权利要求2所述的一种具有优良可轧性能的镁合金板材的制备方法，其特征在于所述的SF6+CO2混合气体中SF6和CO2体积比为：1:10。
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| CN102433478A (zh) | 2012-05-02 |
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20120502 Assignee: Suide Shaanxi dream magnesium alloy material Co., Ltd. Assignor: Northeastern University Contract record no.: 2015210000034 Denomination of invention: Magnesium alloy with good millability and preparation method of magnesium alloy plate Granted publication date: 20131106 License type: Exclusive License Record date: 20150602 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |