CN102517480A - 一种高加工硬化镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高加工硬化镁合金及其制备方法,属于金属材料领域。该合金的化学成分质量百分比为:锡2.3-4.5,锌0.1-3.85,其余为镁和不可避免的杂质;该镁合金还可以含有添加元素中的一种或几种;其质量百分比为:硅0.01-2.0、锑0.01-3.0、碲0.01-3.0、锶0.01-1.5、锰0.01-2.0、稀土元素0.01-3.0;其中稀土元素为钕、镧、钇、铈。制备步骤:先熔化镁,然后加入锡和锌,再加入添加元素和稀土元素;经过吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再热挤压成管材、型材或板材。该合金具有高加工硬化能力,塑性成型性好,制备工艺简单、可靠,易于推广应用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域,特别是涉及一种高加工硬化镁合金及其制备方法。
背景技术
镁是所有结构金属中密度最低的金属,镁合金具有一系列的优点,比如低密度、高的比强度和比刚度、优良的机械加工性能和铸造性、良好的阻尼减震性、高的热导率、高的尺寸稳定性、优良的电磁屏蔽性能以及可回收利用等。在航空、航天、汽车等领域选材中备受青睐。此外,镁合金在照相机、数码产品、数字音响等产品上都有较好的应用前景。然而,由于镁的晶体为密排六方结构,滑移系少,塑性差;此外,镁合金的强韧性低,加工硬化能力差,成型性能差;镁合金的合金系列相对很少,变形镁合金的研究开发严重滞后,不能适应不同应用场合的要求。通常认为,镁合金的加工硬化能力越强,塑性成型能力越好。因而,探索和开发新型高加工硬化镁合金是该领域的研究热点之一。
铸造镁合金能够成型复杂形状,在生产中备受青睐,但铸造镁合金的缺点是塑性较差,如AZ91系列合金。专利200910067428.7给出了一种获得高塑型镁合金的方法,其中有铝的加入。在本发明中,为了得到较好的加工硬化能力,在镁中加入锡和锌,以降低镁的层错能,获得较好的加工硬化能力和成型能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、可靠,且易于推广应用的高加工硬化镁合金及其制备方法,该合金既适用于铸造工况直接使用;又适合于变形工况,如轧制板材、挤压管材、挤压型材等。
本发明的技术方案是:先熔化镁,然后加入锡和锌,再按顺序加入添加元素,经过搅拌、精炼处理后将熔体直接铸轧成板材;或将熔体直接浇注成铸锭;或先浇注成铸锭,然后热挤压成管材、型材或板材。
具体步骤包括:
一种高加工硬化镁合金,其化学成分包括:锡、锌,其余为镁和不可避免的杂质,该镁合金的化学成分质量百分比为:锡2.3-4.5,锌0.1-3.85。
所述锡和锌的化学成分质量百分比优选为:锡2.6-3.5,锌0.3-2.2。
该镁合金的化学成分还包括添加元素,添加元素含量质量百分比为:硅0.01-2.0、锑0.01-3.0、碲0.01-3.0、锶0.01-1.5、锰0.01-2.0、稀土元素总含量的质量百分比为:0.01-3.0,添加元素取其中的一种或几种。
所述稀土元素为钕、镧、钇、铈中的一种或几种。
上述的高加工硬化镁合金的制备方法,包括以下步骤:
a)按照所述镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过50-180℃预热的纯锡和纯锌;
b)若镁合金成分含量包括添加元素,加入添加元素,先加入硅、锑和碲元素,搅拌均匀后再加入锶、锰和稀土元素;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,锶、锰和稀土元素以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
c)经吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
本发明所述技术方案与目前现有技术相比具有以下特点:
本发明合金既适用于铸造工况,又适合于变形工况,如轧制板材、挤压管材、挤压型材等;并且,制备工艺简单,易于推广应用。
1)本发明合金不含铝元素,可以作为生物医用合金;
2)本发明成分范围的锡、锌可以较大量固溶于镁的晶格中,降低镁的层错能;尤其是时Sn和Zn同时作用,降低镁层错能效果更加显著,并且提高镁的加工硬化能力;此外,Sn和Zn同时加入,能够增加镁的基面和锥面上位错滑移能力,提高镁合金的塑性;加入的Zn还能够促进Sn的固溶以及改变析出相Mg2Sn与基体的取向,从而提高合金的加工硬化能力和成型能力;
3)添加元素硅、锑、碲、锶、锰用来提高本发明含锡、锌镁合金的强度;同时,锑、碲、锶、锰还能够去除本合金中的部分杂质;碲可以增加本发明含锡、锌镁合金的成分过冷,促进形核;同时,上述添加元素还可以改善本发明中析出的含Sn或者含的Zn第二相与基体的关系,从而提高强韧性、加工硬化能力和成型能力。
4)添加稀土元素钕、镧、钇、铈可以提高改变本发明合金的层错能,并且提高合金的加工硬化能力、成型能力,以及改善本发明含锡、锌镁合金中析出的含Sn或者含Zn的第二相的形态、尺寸、分布及其与基体的关系。
5)本发明镁合金具有较高的强韧性、加工硬化能力和塑性成型能力,优化后的合金成分抗拉强度σb≥180MPa、延伸率δ≥18%、加工硬化能力Hc≥2.69、加工硬化指数n≥0.498;单道次轧制压下量可达50%;多次轧制变形率≥80%。
附图说明
图(a)为本发明中的镁锡锌合金的铸态组织图,由图可以看出其树枝晶比较粗大。
图(b)为本发明中的镁锡锌加钇元素的铸态组织图,由图可以看出其树枝晶相对于镁锡锌合金得到了一定的细化。
图(c)为本发明中镁锡锌加锰元素的铸态组织图,由图可以看出其树枝晶相对于镁锡锌合金得到了一定的细化。
图(d)为本发明中镁锡锌加锑元素的铸态组织图,由图可以看出其树枝晶相对于镁锡锌合金得到了更大程度的细化。
具体实施方式
实施例一
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡2.9%、锌1.1%,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-120℃预热的纯锡和纯锌;
(3)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;其中,铸造Mg-2.9Sn-1.1Zn的抗拉强度σb≥165MPa、延伸率δ≥19%、加工硬化能力Hc≥3.69、加工硬化指数n≥0.574。
实施例二
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡4.0%、锌3.5%,添加元素:硅0.5%、锑1.0%、碲1.0%、锶0.03%、锰0.5%,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过75-135℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入添加元素:先加入硅、锑和碲元素,搅拌均匀后再加入锶、锰;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,而锶、锰以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材。
实施例三
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.5%、锌2.5%,添加元素:硅0.1%、锑0.5%、碲0.5%、锶0.15%、锰0.2%,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过140-170℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入添加元素:先加入硅、锑和碲元素,搅拌均匀后再加入锶、锰;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,而锶、锰以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材。
实施例四
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.0%、锌1.0%,添加元素分别为:硅0.3%、锑0.3%、碲0.3%、锶0.3%、锰0.3%中的一种,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过60-140℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入添加元素:分别单独加入硅、锑、碲、锶、锰中的任一种;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,而锶、锰以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材;其中,Mg-3Sn-1Zn-0.3Sb的抗拉强度≥185MPa、延伸率≥19%、加工硬化能力Hc≥2.69、加工硬化指数≥0.529。
实施例五
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡2.8%、锌0.7%,稀土元素分别为:钕0.3%、镧0.2%、钇0.08%、铈0.3%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-155℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入稀土元素:以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
实施例六
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.1%、锌0.9%,稀土元素分别为:钕0.8%、镧0.5%、钇0.3%、铈1.0%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-120℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入稀土元素:以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。其中,铸造Mg-3Sn-1Zn-0.3Y的抗拉强度σb≥180MPa、延伸率δ≥1加工硬化能力Hc≥4.20、加工硬化指数n≥0.600。
实施例七
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.8%、锌0.4%,稀土元素分别为:钕1.5%、镧0.1%、钇0.8%、铈0.1%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-120℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入稀土元素:以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
实施例八
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡2.65%、锌1.35%,添加元素:锰1.58%,锶1.0%,钇0.85%,铈0.55%,其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-130℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入添加元素:按照锶、锰和稀土元素顺序加入;其中,锶、锰和稀土元素以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
实施例九
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.3%、锌1.2%;添加元素:硅0.7%、锑2.0%、碲1.35%、锶1.2%、锰0.75%;稀土元素为钕0.05%、镧0.05%、钇0.03%、铈0.08%中的一种或几种;其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过80-160℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入添加元素:先加入硅、锑和碲元素,搅拌均匀后再加入锶、锰和稀土元素;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,而锶、锰和稀土元素以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
实施例十
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.2%、锌1.1%;添加元素为锰0.3%;其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过70-160℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入锰元素:以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。其中,铸造Mg-3Sn-1Zn-0.3Mn的抗拉强度σb≥185MPa、延伸率δ≥25%、加工硬化能力Hc≥4.00、加工硬化指数n≥0.498。
实施例十一
(1)按照镁合金成分含量进行备料:锡3.5%、锌1.1%;添加元素为锑0.3%;其余为镁和不可避免的杂质;
(2)按照上述的镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过70-150℃预热的纯锡和纯锌;
(3)加入锑元素:以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
(4)吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。其中,铸造Mg-3Sn-1Zn-0.3Sb的抗拉强度σb≥185MPa、延伸率δ≥19%、加工硬化能力Hc≥2.69、加工硬化指数n≥0.529。
Claims (10)
1.一种高加工硬化镁合金,其化学成分包括:锡、锌,其余为镁和不可避免的杂质,其特征在于,该镁合金的化学成分质量百分比为:锡2.3-4.5,锌0.1-3.85。
2.根据权利要求1所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述锡和锌的化学成分质量百分比优选为:锡2.6-3.5,锌0.3-2.2。
3.根据权利要求1所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,该镁合金的化学成分还包括添加元素,所述添加元素含量质量百分比为:硅0.01-2.0、锑0.01-3.0、碲0.01-3.0、锶0.01-1.5、锰0.01-2.0、稀土元素总含量的质量百分比为:0.01-3.0,添加元素取其中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述稀土元素为钕、镧、钇、铈中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述镁合金的化学成分质量百分比为:锡2.9%、锌1.1%,其余为镁和不可避免的杂质。
6.根据权利要求3所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述镁合金的化学成分质量百分比为:锡4.0%、锌3.5%,添加元素:硅0.5%、锑1.0%、碲1.0%、锶0.03%、锰0.5%,其余为镁和不可避免的杂质;或锡3.5%、锌2.5%,添加元素:硅0.1%、锑0.5%、碲0.5%、锶0.15%、锰0.2%,其余为镁和不可避免的杂质。
7.根据权利要求3所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述镁合金的化学成分质量百分比为:锡3.0%、锌1.0%,添加元素分别为:硅0.3%、锑0.3%、碲0.3%、锶0.3%、锰0.3%中的一种,其余为镁和不可避免的杂质;或锡2.8%、锌0.7%,稀土元素分别为:钕0.3%、镧0.2%、钇0.08%、铈0.3%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质。
8.根据权利要求3所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述镁合金的化学成分质量百分比为:锡3.1%、锌0.9%,稀土元素分别为:钕0.8%、镧0.5%、钇0.3%、铈1.0%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质;或锡3.8%、锌0.4%,稀土元素分别为:钕1.5%、镧0.1%、钇0.8%、铈0.1%中的一种或几种,其余为镁和不可避免的杂质。
9.根据权利要求3所述的一种高加工硬化镁合金,其特征在于,所述镁合金的化学成分质量百分比为:锡2.65%、锌1.35%,添加元素:锰1.58%,锶1.0%,钇0.85%,铈0.55%,其余为镁和不可避免的杂质;或锡3.30%、锌1.2%;添加元素:硅0.7%、锑2.0%、碲1.35%、锶1.2%、锰0.75%;稀土元素为钕0.05%、镧0.05%、钇0.03%、铈0.08%。
10.一种高加工硬化镁合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)按照权利要求1至9中任一项所述镁合金成分含量进行备料;采用二号溶剂进行保护,将纯镁锭熔化,然后加入经过50-180℃预热的纯锡和纯锌;
b)若镁合金成分含量包括添加元素,加入添加元素,先加入硅、锑和碲元素,搅拌均匀后再加入锶、锰和稀土元素;其中,硅、锑和碲元素以纯硅、纯锑和纯碲方式引入,锶、锰和稀土元素以商业标准镁中间合金方式引入,所采用的商业标准镁中间合金中的元素质量百分比含量为10-15;
c)经吹气,搅拌,精炼,清渣,静置后,将熔体直接浇注成锭,再将铸锭热挤压成管材、型材或板材;或者将熔体直接铸轧成3-10毫米厚的板坯,再将板坯继续多道次轧制成薄板或带材。
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