CN103290288A - 一种低成本高塑性变形镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种低成本高塑性变形镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于镁合金设计领域，属于一种低成本高塑性变形镁合金，其原料组分及质量百分含量为：锡：0.10%～1.00%之间；铝：0.10%～3.00%之间；锰：0.10%～1.00%之间；其余为工业纯镁和不可避免的杂质。制备步骤为：先融化镁和铝，然后再加入锡，再加入微合金化元素锰，通过搅拌、精炼处理之后浇注成铸锭，随后进行铸锭的均匀化热处理，挤压得到相应的挤压型材；或不经过均匀化处理直接挤压得到相应的型材。本发明的特征在于，利用相对廉价、并且熔点都较低的原料铝，控制成本较高的原料锡的含量制备出成本较低的高塑性变形镁合金。

Description

一种低成本高塑性变形镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种强度和韧性兼备的低成本高塑性变形镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金有着密度小、比强度高、具有优良的电磁屏蔽性能，以及良好的阻尼性能等优点，并且我国镁资源丰富。在能源越来越少的今天，人们更加迫切的希望大规模的应用密度较小的镁合金取代密度较高的结构材料，以达到节能减排的作用，因此，对轻量化的追求使得镁合金成为了研究的热点。但是现有的成熟的商用镁合金品类并不是很多，由于561℃共晶温度时锡在镁中的固溶度为14.48%，而到了室温其固溶度仅有不到1.00%，有一个很大的固溶度变化范围，有可能利用固溶度随温度的变化使起到析出第二相起到弥散强化的作用，所以近年来镁锡体系引起了广大研究者的关注。
王慧远等人在中国专利“一种高塑性镁合金及其制备方法”（公开号为：CN101985714A）中公开了一种镁锡铝锶锰多元的变形镁合金，该专利是利用铸轧或者传统的铸造再变形的加工工艺制备出具有高塑性的镁锡铝锰锶变形镁合金。其含质量百分比0.10%～3.00%的锡、0.10%～6.00%的铝、0.01%～2.00%的锰以及0.001%～2.00%的锶。该合金中，锡的加入量较大，由于锡的价格比常规的铝等合金化元素高，导致合金成本增高。该项目中，锶的添加对合金性能的影响并不明显，反而会增加成本；另外，锶元素具有很高的活性，在空气中极易燃烧，所以添加到镁合金中很容易导致合金在熔炼过程中的烧损，不利于成分的控制。
发明内容
本发明提供一种变形镁合金及其制备方法，目的是在保证其具有高塑性的同时，降低合金成本，防止熔炼过程中的烧损。
本发明所涉及的低成本的变形镁合金原料组分及质量百分含量为：锡：0.10%～1.00%；铝：0.10%～3.00%；锰：0.10%～1.00%；其余为工业纯镁和不可避免的杂质。所述工业纯镁、工业纯铝以及工业纯锡纯度都在99%以上；锰是以4%的镁锰中间合金的形式添加。
较优的选择是，铝为质量百分含量1.00%，锡为质量百分含量1.00%，锰为质量百分含量0.30%。
其制备步骤如下：
1）熔炼铸锭：根据组分称取原料，在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼待全部融化之后并上升到740℃，温度稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至300～400℃的镁锰中间合金，加入精炼剂充分搅拌3-6分钟，并在720℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣，在预热至250～350℃的铁模660℃的条件下浇注。
2）均匀化处理：将步骤1)所制备的镁锭用石墨覆盖，在410～500℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
3）挤压：将步骤2)所均匀化处理后的镁锭，车皮之后在250～350℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，挤压比为20:1～80:1，挤压速度为0.50～3.00m/min，在250～350℃下进行挤压，制备出型材；或将步骤1)的镁锭，车皮之后在250～350℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在250～350℃下进行挤压（最好控制在300℃）；挤压比为20:1～80:1，挤压速度为0.50～3.00m/min。
本发明在现有镁锡铝锰锶多元变形镁合金的基础上优化合金的成分，在不降低合金的强度以及塑性的前提下降低较贵的合金化元素锡的含量，达到降低成本的目的。本发明的锡加入量不超过1.00%，是因为，本发明人通过大量的研究，通过镁锡铝三元相图发现锡在250℃左右在镁中的固溶度几乎没有，所以添加低于1.00%的锡在250℃时挤压也可析出大量细小而且弥散的Mg2Sn第二相，起到很好的强化作用。由于锡和镁在变形镁合金中析出生成的Mg2Sn第二相是平行于基面析出的，所以过多的锡的添加对强度的贡献并不大，并且申请者结合大量的实验发现，锡的添加量在大于1.00%的时候其屈服强度随锡含量的增加并没有太明显的变化（如实例6）。另外，对于铸造镁合金，添加的锶对净化熔体、细化晶粒有很好的作用和效果，但在变形镁合金中，采用锶用于细化晶粒的作用却并不大，变形镁合金主要是通过挤压轧制等加工手段得到的晶粒细小的合金。另一方面，本体系中由于锡的含量并不是很高，变形之后析出的Mg2Sn的形貌细小弥散，因而加入合金化元素锶之后对析出相形貌的改善不会有太大的作用，所以在变形镁合金中中，锶的添加对合金性能的影响并不明显，反而会增加成本。同时，通过对比发现（实例7）含锶的合金在熔炼过程中容易燃烧，进而导致熔体质量恶化，最终导致延伸率的下降。所以本发明在不影响合金的性能的前提下不使用容易使熔体烧损的锶元素，通过在较低的温度下（如250～300℃，尤其是300℃）挤压实现晶粒的细化，制备出一种低成本高塑性的镁锡铝锰变形镁合金。
具体实施方式
实施例1
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：1.00%；铝为：1.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至300℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置20分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到350℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在250℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min250℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：289MPa；屈服强度为：255MPa；延伸率为：21.0%。
实施例2
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：1.00%；铝为：1.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至400℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置10分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到250℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：293MPa；屈服强度为：260MPa；延伸率为：21.0%。
实施例3
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：1.00%；铝为：1.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至350℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置15分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到300℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将铸造所得镁锭车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：290MPa；屈服强度为：262MPa；延伸率为：20.0%。
实施例4
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：0.75%；铝为：1.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至350℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置18分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到300℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：283MPa；屈服强度为：230MPa；延伸率为：20.0%。
实施例5
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：1.00%；铝为：2.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至350℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置20分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到300℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：280MPa；屈服强度为：210MPa；延伸率为：21.6%。
对比实施例6
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：3.00%；铝为：1.00%；锰为：0.30%；余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至300～400℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到250～350℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：288MPa；屈服强度为：253MPa；延伸率为：20.0%。
对比实施例7
1)按照重量百分比称取以下成分：锡为：1.00%；铝为：3.00%；锰为：0.30%；锶为：0.300%余量为镁。
2)在保护气的保护下，先对纯镁和纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的锡和预热至300～400℃的镁锰、镁锶中间合金，并加入精炼剂六氯乙烷充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到250～350℃的铁模中，制备出铸锭。
3)将所制备的镁锭用石墨覆盖，在420℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的试样。
4)将均匀化处理后的镁锭，车皮之后在300℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在挤压比为25:1，挤压速度为0.90～1.20m/min300℃的条件下进行挤压得到棒材。该合金抗拉强度为：295MPa；屈服强度为：205MPa；延伸率为：17.5%。
以上各例中的保护气为六氟化硫和二氧化碳，成分是：二氧化碳中加入0.5%～1.5%的六氟化硫。

Claims (7)

1.一种低成本高塑性变形镁合金，其特征在于，其原料组分及质量百分含量为：锡：0.10%～1.00%之间；铝：0.10%～3.00%之间；锰：0.10%～1.00%之间；其余为工业纯镁和不可避免的杂质；所述工业纯镁、铝以及锡纯度都在99.00%以上；锰是以4.00%的镁锰中间合金的形式添加。
2.根据权利要求1所述的低成本高塑性变形镁合金，其特征在于，所述的铝为质量百分含量1.00%，锡为质量百分含量1.00%，锰为质量百分含量0.30%。
3.权利要求1或2所述的低成本高塑性变形镁合金的制备方法，其步骤为：
1)熔炼铸锭：按权利要求1的组分称取原料，在保护气的保护下，先对工业纯镁和工业纯铝在720℃到740℃之间进行熔炼，待全部融化，温度上升到740℃稳定之后加入预热至150℃的工业纯锡和预热至300～400℃的镁锰中间合金，并加入精炼剂充分搅拌3-6分钟，将熔体在720℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣，在660℃的条件下浇注至预热到250～350℃的铁模中，制备出铸锭；
2)挤压：将镁锭车皮之后在250～350℃下预热2小时，涂覆上镁合金润滑剂，在250～350℃下进行挤压；挤压比为20:1～80:1，挤压速度为0.50～3.00m/min。
4.根据权利要求3所述的低成本高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤2）的挤压温度控制在300℃。
5.根据权利要求3或4所述的低成本高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于，在步骤1）之后，先进行均匀化处理，然后再挤压，均匀化处理过程是将步骤1)所制备的镁锭用石墨覆盖，在410～500℃的条件下均匀化处理24小时，然后水淬，得到均匀化处理的镁锭。
6.根据权利要求3或4所述的低成本高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述保护气的成分是：二氧化碳中加入0.5%～1.5%的六氟化硫。
7.根据权利要求3或4所述的低成本高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂采用六氯乙烷。
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