CN102909352A

CN102909352A - 直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法

Info

Publication number: CN102909352A
Application number: CN2012104482076A
Authority: CN
Inventors: 周全; 陈乐平; 董利飞
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-02-06

Abstract

一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，它包括以下步骤：1）将镁合金熔化，并在一定的过热度下保温，然后将经过预热的模具置于直流磁场凝固装置中，其中，合金过热度为10～150℃，模具预热温度为100～700℃；2）把合金熔体浇注到模具中，浇注完成后立即开启直流磁场凝固装置中的直流电流控制装置，使合金熔体在直流磁场作用下完全凝固；其中，直流磁场强度为0.1～1.0T；模具置于直流磁场凝固装置的两个磁极之间，熔体浇注于模具内，两个磁极之间产生的直流磁场作用于合金熔体；本发明可以有效控制长周期结构增强镁合金基体的结晶织构，具有无污染，工艺简单，操作方便，易于控制等优点。

Description

直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法

技术领域

本发明涉及一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法。

背景技术

镁合金作为一种绿色环保合金，具有许多优于其他常用金属材料的性能，如高比强度、高比刚度，好的减振能力、优良的导热性和导电性、良好的尺寸稳定性和电磁屏蔽性等，在航空、汽车和电子通讯等领域中的具有广阔的应用前景。在众多类型的镁合金中，长周期结构相增强镁合金的良好综合力学性能，主要是由于长周期结构作为增强相阻碍了位错的运动，并导致应变硬化的产生，同时长周期结构相又是一种高温稳定相，因而长周期结构相增强镁合金是具一种具有应用前景的镁合金新型结构材料。

日本学者Kawamura 在2006年55卷的Scripta Mater报道铸态长周期结构增强的Mg₉₇Y₂Cu₁合金由于其粗大的晶粒和长周期结构的不均匀分布，导致其力学性能较差，屈服强度为120MPa，抗拉强度为180MPa，延伸率3.5％。虽然铸态的Mg₉₇Y₂Cu₁合金力学性能很差，但是和长周期结构增强的Mg-Y-Zn合金相同，可以通过挤压能够极大地提高合金的力学性能。挤压态的长周期结构增强Mg-Y-Cu合金在室温下屈服强度到达297MPa，抗拉强度达到377MPa，延伸率达到8.1％，473K时屈服强度达到273MPa，抗拉强度达到344MPa，延伸率达到16.3％。如果能进一步提高长周期结构增强的Mg-Y-Cu和Mg-Y-Zn合金的成形和使用性能，将会促进高性能镁合金的发展，扩大长周期结构增强的Mg-Y-Cu和Mg-Y-Zn合金的应用范围。

制约变形镁合金发展的主要原因在于其较差的室温塑性变形能力，如何在较大程度上改善镁合金的塑性已成为人们关注的焦点。常用的方法包括合金化及晶粒细化等。而结合镁合金室温滑移系少、形变各向异性强的特点，用织构强化或软化来提高或合理利用镁合金的力学性能，已成为变形镁合金研究领域的一个重要分支。镁合金中一旦形成织构，室温时将呈现明显的各向异性，对合金的力学性能和成形工艺性能产生很大的影响。与Al、Fe等立方结构金属相比，六方结构的镁合金织构类型更多，影响因素也十分复杂，主要包括合金元素、制备与成形工艺及外加应力特征等。对镁合金织构的控制具有十分重要的意义，而如何削弱基面取向是镁合金织构研究领域的关键问题。由于影响镁合金织构组分的因素十分复杂，这既对镁合金的织构控制增添了很大困难，同时也提供了更大的利用空间。从凝固的角度出发，采取有效手段对长周期结构增强镁合金的结晶织构进行合理控制，必将在较大程度上改善长周期结构增强镁合金的成形和使用性能。

直流磁场凝固处理技术具有无污染、操作方便、效果显著等优点，受到了人们的高度重视。虽然其作用机理和规律尚不清楚，但是已有的研究已经表明该技术具有十分广阔的应用前景。直流磁场作用于合金的凝固过程，可以影响合金的凝固组织，合金元素的固溶度及结晶织构的形成。班春燕在2002年23卷第8期的东北大学学报上报道在铝合金Al-5.3Zn和Al-1.2Cu凝固时施加0.072T的直流磁场，得到样品的横断面的X射线衍射图谱上，(111)面所对应的衍射峰强度增加，直流磁场凝固处理促进了铝合金在（111）面形成择优取向。由于直流磁场影响合金凝固过程在原理上是相同的，因此同样也可以利用直流磁场控制长周期结构增强镁合金凝固过程中结晶织构的形成，为进一步改善长周期结构增强镁合金的成形和使用性能开辟新的途径。但是在上述研究者的直流磁场凝固实验中，所采用的直流磁场强度太小（低于0.1T），并且没有考虑到合金凝固速率的影响，不能充分发挥直流磁场对合金结晶织构的控制作用；同时上述研究在实验材料中没有涉及到镁合金，关于直流磁场对长周期结构增强镁合金结晶织构影响的研究还处于空白状态。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，它具有工艺简单、环保无污染的优点。

本发明是这样来实现的，一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：1）将镁合金熔化，并在一定的过热度下保温，然后将经过预热的模具置于直流磁场凝固装置中，其中，合金过热度为10～150℃，模具预热温度为100～700℃；2）把合金熔体浇注到模具中，浇注完成后立即开启直流磁场凝固装置中的直流电流控制装置，使合金熔体在直流磁场作用下完全凝固；其中，直流磁场强度为0.1～1.0T；镁合金为铸态中存在长周期结构相的Mg-Y-Zn合金系和Mg-Y-Cu合金系；所述的直流磁场凝固装置包括直流电流控制装置、磁极和耐火砖基座，直流电流控制装置连接磁极，磁极之间设有耐火砖基座。本发明的原理：由于直流磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，因此，在合金的凝固过程施加当直流磁场，必将对合金的结构产生明显影响。由于镁合金性质的各向异性，尤其是磁性能，比如磁化率的各向异性，造成磁场对各个晶面的影响并不一致，因此通过改变直流磁场强度，同时控制合金的凝固速度，就可以改变长周期结构增强镁合金基体的结晶织构。本发明通过改变合金的浇注温度和模具预热温度来控制合金的凝固速度。本发明一般过程是1、模具的准备：本发明对模具的要求是不导磁，可以采用不锈钢、陶瓷及石墨等作为模具，根据需要将模具预热到一定的温度；2、合金的熔化：在熔化炉内，进行合金配料，熔化与精炼，并在一定的过热度下保温；3、直流磁场强度设置：根据需要和合金材料的不同，选择直流磁场强度；通过调整直流电流的大小，控制直流磁场的强度；4、直流磁场凝固：把合金熔体浇注到置于直流磁场凝固装置的模具中，浇注后立即开启直流电流控制装置，使合金熔体在直流磁场作用下完全凝固，从而控制长周期结构增强镁合金基体的结晶织构。

本发明的技术效果是：1）由于直流磁场凝固装置中两个磁极之间的磁场强度均匀分布，本发明可以均匀地控制长周期结构增强镁合金基体的结晶织构，制备大规格的合金铸锭；2）本发明工艺简单、操作方便、易于控制，成本和投资少。该方法只需要对直流磁场的强度和合金的凝固速率进行控制；3）本发明无污染。直流磁场不直接接触合金熔体，不会对合金产生污染，也不会对环境产生污染；4）本发明由于不需要任何搅拌，熔体凝固时液穴平稳，能有效避免金属的吸气和夹渣，有利于提高产品质量。

附图说明

图1为本发明的直流磁场凝固装置的结构示意图。

图2为本发明直流磁场作用下长周期结构增强镁合金基体结晶织构控制的装置示意图。

在图中，1、直流电流控制装置 2、磁极 3、耐火砖基座 4、模具。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明：

如图1、图2所示，本发明直流磁场作用下长周期结构增强镁合金基体结晶织构控制装置结构包括模具4和直流磁场凝固装置等，直流磁场凝固装置设有磁极2、耐火砖基座3和直流电流控制装置1，模具4置于与直流电流控制装置1相连的磁极2中，模具4放置在耐火砖基座3上，合金熔体浇注于模具4，磁极2产生的直流磁场作用于合金熔体，使合金熔体在直流磁场作用下凝固。

实施例1

将Mg₉₇Y₂Cu₁镁合金在电阻炉中熔化，在50℃的过热度下保温10分钟，然后将合金熔体浇注到置于直流磁场凝固装置中预热温度为200℃的模具内，浇注完成后使合金在0.1T的直流磁场作用下完全凝固。经过XRD分析，该合金的镁基体在（002）面形成了明显的择优取向。

实施例2

将Mg₉₇Y₂Zn₁镁合金在电阻炉中熔化，在80℃的过热度下保温10分钟，然后将合金熔体浇注到置于直流磁场凝固装置中预热温度为400℃的模具内，浇注完成后使合金在0.3T的直流磁场作用下完全凝固。经过XRD分析，该合金的镁基体在（101）面形成了明显的择优取向。

实施例3

将Mg₉₇Y₂Cu₁镁合金在电阻炉中熔化，在90℃的过热度下保温10分钟，然后将合金熔体浇注到置于直流磁场凝固装置中预热温度为600℃的模具内，浇注完成后使合金在0.5T的直流磁场作用下完全凝固。经过XRD分析，该合金的镁基体在（100）面形成了明显的择优取向。

实施例4

将Mg₉₇Y₂Zn₁镁合金在电阻炉中熔化，在120℃的过热度下保温10分钟，然后将合金熔体浇注到置于直流磁场凝固装置中预热温度为500℃的模具内，浇注完成后使合金在0.8T的直流磁场作用下完全凝固。经过XRD分析，该合金的镁基体在（110）面形成了明显的择优取向。

Claims

1.一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1）将镁合金熔化，并在一定的过热度下保温，然后将经过预热的模具置于直流磁场凝固装置中，其中，合金过热度为10～150℃，模具预热温度为100～700℃；

2）把合金熔体浇注到模具中，浇注完成后立即开启直流磁场凝固装置中的直流电流控制装置，使合金熔体在直流磁场作用下完全凝固；其中，直流磁场强度为0.1～1.0T。

2.如权利要求1所述的一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，其特征在于所述的镁合金为铸态中存在长周期结构相的Mg-Y-Zn合金系和Mg-Y-Cu合金系。

3.如权利要求1所述的一种直流磁场控制长周期结构增强镁合金基体结晶织构的方法，其特征在于所述的直流磁场凝固装置包括直流电流控制装置、磁极和耐火砖基座，直流电流控制装置连接磁极，磁极之间设有耐火砖基座。