CN103643095B - 自行车架用镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车架用镁合金及其制备方法，镁合金中元素的质量比如下：Cu：3-4%，Mn：0.3-0.8%，Nd：0.3-0.7%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，Mg余量。制备步骤为：将原料加温至730-750℃熔化，使用搅拌器搅拌，完成后对取样分析，合格后静置；铸造；挤压；然后进行热处理。本发明保留了Mg-Mn合金的大部分优点，抗拉强度和屈服提高了，抗拉强度比普通的镁合金高出至少1/3，屈服强度提高1/2以上；抗折疲劳强度超过150Mpa，抗蠕变性能明显增强；易焊接，焊缝裂纹倾向消失；合金组织结构致密，无锰离子的聚集引起的偏析。

Description

自行车架用镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金，具体涉及一种自行车架用镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、良好的铸造性能、电磁屏蔽能力以及易于再生利用等一系列独特的优点，被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的材料”。国内自行车市场正朝着运动、健康、轻便、舒适的方向发展，镁合金自行车相比铝合金自行车更加轻便，顺应了其发展趋势。但是，目前应用最广的AZ31B镁合金强度一般仅为240Mpa左右，阻尼系数也低，减震效果差。

Mg-Mn系镁合金是变形镁合金的一种，它具有良好的耐腐蚀性能和最好的焊接性，被广泛用于飞机蒙皮、板、带、管、型材及锻件等。Mg-Mn系镁合金在现有镁合金中焊接性能是最好的，所以很适宜用于自行车架管材，但其缺点是强度不高。属于Mg-Mn系的合金有MB1和MB8两种，MB8在MB1的基础上加入了稀土Ce，虽然提高了合金的强度，但由于稀土昂贵，所以成本很高。因此开发一种价格低廉的、具有良好焊接性能及强度的Mg-Mn变形镁合金，以满足自行车架管材的需求具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种自行车架用镁合金及其制备方法，保留Mg-Mn合金的优点，提高抗拉强度和屈服强度；提高抗着疲劳强度，增强抗蠕变性能；易焊接，合金组织结构致密，无锰离子的聚集引起的偏析现象。

本发明所述的自行车架用镁合金，镁合金中元素的质量比如下：

Cu：3-4%，Mn：0.3-0.8%，Nd：0.3-0.7%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，Mg余量。

其中，Mn的存在可以提高镁合金的耐蚀性和焊接性能；Nd可以细化晶粒，提高镁合金的抗蠕变性能，减轻焊缝的开裂倾向；Cu的存在则可以大幅提高镁合金的时效强化效应，适当的热处理可大幅提高合金的力学性能。Si、Fe、Ni属于杂质元素，对合金的抗蚀性能有较大的不利影响，生产中必须控制其含量。

所述的自行车架用镁合金的制备方法，步骤如下：

将Cu：3-4%，Mn：0.3-0.8%，Nd：0.3-0.7%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，Mg余量加温至730‐750℃熔化，使用搅拌器搅拌，完成后对取样分析，合格后静置；铸造；挤压；然后进行热处理。

熔化时间为3‐5h；搅拌时间为12-20分钟；静置时间为40min-1h。

铸造的电磁频率为15-20Hz,电流为90-100A。铸造；使用电磁铸造，通过增加成核数细化晶粒。

炉料温度控制在400-500℃，挤压桶温度控制在380-480℃，挤压比控制为30-100，挤压前坯料进行反复挤压3-5次。

热处理的固溶温度为500-550℃，保温时间为3-10h，入水转移时间不超过5S；时效温度为230-300℃，保温时间为8-16h。

合金通过铸造、挤压、热处理强化后得到产品。经检验合金的σb≥320MPa，σ0.2≥200MPa，δ≥5%，Q^-1≥0.01。本发明的合金牌号为Mg-3.5Cu-0.5Mn-0.4Nd。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明镁合金自行车架的镁合金及其制备方法，保留了Mg-Mn合金的大部分优点，抗拉强度和屈服提高了1/2以上；抗拉强度比普通的镁合金高出至少1/3，屈服强度提高1/2以上；抗折疲劳强度超过150Mpa，抗蠕变性能明显增强；易焊接，焊缝裂纹倾向消失；合金组织结构致密，无锰离子的聚集引起的偏析。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

称取Mg9998原生镁锭94.9Kg，纯Cu粉3.1Kg，纯锰粉0.4Kg，30%Mg-Nd合金1.6Kg。加温至750℃熔化4h，使用搅拌器搅拌15min，完成后对取样分析。测得含量为Cu3.031%、Mn0.329%、Nd0.312%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，符合元素含量要求，合格后静置40min；铸造；挤压；然后进行热处理。

使用电磁铸造技术，通过增加成核数细化晶粒。电磁频率为15Hz，电流为90A。

挤压前坯料进行反复挤压3次；炉料温度控制在400℃，挤压桶温度控制在380℃，挤压比控制为40。

热处理的固溶温度为500℃，保温时间为3h，入水转移时间不超过5S；时效温度为230℃，保温时间为8h。

合金的力学性能如下：

σb=335MPa，σ0.2=281MPa，δ=11.5%，Q^-1=0.021。

实施例2

（1）称取Mg9998原生镁锭92.4Kg，纯Cu粉4Kg，纯锰粉0.8Kg，30%Mg-Nd合金2.8Kg。加温至730℃熔化5h，使用搅拌器搅拌20min，完成后对取样分析。测得含量为Cu3.926%、Mn0.719%、Nd0.653%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，符合元素含量要求，合格后静置50min；铸造；挤压；然后进行热处理。

使用电磁铸造技术，通过增加成核数细化晶粒。电磁频率为20Hz，电流为100A。

挤压前坯料进行反复挤压5次；炉料温度控制在500℃，挤压桶温度控制在450℃，挤压比控制为90。

热处理的固溶温度为550℃，保温时间为5h，入水转移时间不超过5S；时效温度为280℃，保温时间为16h。

合金的力学性能如下：

σb=364MPa，σ0.2=274MPa，δ=6%，Q^-1=0.027。

实施例3

称取Mg9998原生镁锭92.4Kg，纯Cu粉3.6Kg，纯锰粉0.6Kg，30%Mg-Nd合金2.3Kg。加温至740℃熔化4h，使用搅拌器搅拌15min，完成后对取样分析。测得含量为Cu3.504%、Mn0.527%、Nd0.432%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，符合元素含量要求，合格后静置1h。

使用电磁铸造技术，通过增加成核数细化晶粒。电磁频率为17Hz，电流为95A。

挤压前坯料进行反复挤压4次；炉料温度控制在450℃，挤压桶温度控制在480℃，挤压比控制为60。

热处理的固溶温度为530℃，保温时间为8h，入水转移时间不超过5S；时效温度为300℃，保温时间为12h。

合金的力学性能如下：

σb=407MPa，σ0.2=313MPa，δ=9%，Q^-1=0.029。

Claims (1)

1.一种自行车架用镁合金的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将Cu：3-4%，Mn：0.3-0.8%，Nd：0.3-0.7%，Si<0.01%，Fe<0.01%，Ni<0.001%，Mg余量加温至730-750℃熔化，上述百分含量为质量百分含量，使用搅拌器搅拌，完成后对取样分析，合格后静置；铸造；挤压；然后进行热处理；

熔化时间为3-5h；搅拌时间为12-20分钟；静置时间为40min-1h；

铸造的电磁频率为15-20Hz,电流为90-100A；

炉料温度控制在400-500℃，挤压桶温度控制在380-480℃，挤压比控制为30-100，挤压前坯料进行反复挤压3-5次；

热处理的固溶温度为500-550℃，保温时间为3-10h，入水转移时间不超过5s；时效温度为230-300℃，保温时间为8-16h。