发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好力学性能和抗蠕变性能的多元新型耐热镁合金及其制备方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种多元耐热镁合金,按照重量百分比含量含有:Gd:0.5-0.7%,Al:3.35-3.6%,Zn:1.7-1.95%,Si:4.0-5.0%,Ca:0.9-1.0%,Sr:1.0-1.1%,Nd:0.8-1.0%,Zr:0.1-0.3%,Sn:1-2%,Be:0.15-0.20%,Mn:0.7-1.0%,Sb:0.1-0.15%,Cu:0.5-0.8%,余量为Mg;
所述耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)原料准备:按照重量百分比含量进行原料准备,所述原料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金;
(2)熔炼:采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金,熔炼温度为745-770℃,先在熔炼炉中加入纯Mg锭,待纯镁锭完全熔化后,加入Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金,待所有原料完全熔化后进行搅拌,使合金成分均匀;
(3)精炼:使熔炼炉升温至785℃~800℃对合金进行精炼,边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂,精炼时间为1-4分钟,精炼完后在740℃~750℃保温静置5~8分钟,所述耐热镁合金精炼剂的组成为: NaCl:11%~15%;Na3AlF6:8~10%;MgCl2:30-40%;余量为KCl;
(4)浇铸:将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为200~300℃的铁模具中,浇铸温度为730℃~740℃;铸件规格为Ф450mm~Ф500mm,长度≥3000mm
(5)热处理:将铸件在435-440℃温度范围内进行固溶处理,固溶处理时间为16~24小时,然后进行水淬,将淬火后的铸件放入到210℃的电阻炉中人工时效40小时,制得镁合金坯件;
(6)变形处理:a.高温锻造开坯:加热坯料至温度为410℃~450℃保温1~2h;进行两向锻造开坯,锻造成厚度为40-60mm的厚板;道次压下量为20%~40%,每3-6道次锻造后退火1.5h,退火温度为410℃~450℃;b. 加热轧辊至温度为310-350℃;c. 加热厚板至温度为460-470℃,保温20-30分钟后,采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成2~10mm薄板,轧辊速度为0.4m/s~0.8 m/s;每道次轧制压下量为10%~20%,每道次轧制后回炉退火,退火温度为410℃~450℃,退火时间为30min~40min;
(7)轧后热处理:将轧后的薄板进行时效处理,所述的时效处理工艺为:时效温度为230-250℃,保温时间为12-36h;再在200-220℃进行第二次时效处理,时效时间为12-36h;最后在150-180℃进行第三次时效处理,时效时间为12-36h。
更进一步地,按照重量百分比含量含有:Gd:0.65%,Al:3.55%,Zn:1.85%,Si:4.25%,Ca:0.96%,Sr:1.05%,Nd:0.9%,Zr:0.24%,Sn:1.6%,Be:0.18%,Mn:0.85%,Sb:0.13%,Cu:0.75%,余量为Mg。
本合金具有良好力学性能和抗蠕变性能。
具体实施方式
实施例1
一种多元耐热镁合金,按照重量百分比含量含有:Gd:0.55%,Al:3.4%,Zn:1.75%,Si:4.2%,Ca:0.93%,Sr:1.02%,Nd:0.88%,Zr:0.17%,Sn:1.6%,Be:0.18%,Mn:0.76%,Sb:0.13%,Cu:0.59%,余量为Mg;所述耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)原料准备:按照重量百分比含量进行原料准备,所述原料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金;
(2)熔炼:采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金,熔炼温度为750℃,先在熔炼炉中加入纯Mg锭,待纯镁锭完全熔化后,加入Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金,待所有原料完全熔化后进行搅拌,使合金成分均匀;
(3)精炼:使熔炼炉升温至790℃对合金进行精炼,边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂,精炼时间为4分钟,精炼完后在745℃保温静置6分钟,所述耐热镁合金精炼剂的组成为: NaCl:13%;Na3AlF6:9%;MgCl2:35%;余量为KCl;
(4)浇铸:将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为260℃的铁模具中,浇铸温度为735℃;铸件规格为Ф45,长度3000mm
(5)热处理:将铸件在435℃温度范围内进行固溶处理,固溶处理时间为24小时,然后进行水淬,将淬火后的铸件放入到210℃的电阻炉中人工时效40小时,制得镁合金坯件;
(6)变形处理:a.高温锻造开坯:加热坯料至温度为410℃保温2h;进行两向锻造开坯,锻造成厚度为60mm的厚板;道次压下量为35%,每4道次锻造后退火1.5h,退火温度为410℃;b. 加热轧辊至温度为350℃;c. 加热厚板至温度为470℃,保温30分钟后,采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成3mm薄板,轧辊速度为0.7 m/s;每道次轧制压下量为15%,每道次轧制后回炉退火,退火温度为4100℃,退火时间为35min;
(7)轧后热处理:将轧后的薄板进行时效处理,所述的时效处理工艺为:时效温度为245℃,保温时间为16h;再在215℃进行第二次时效处理,时效时间为16h;最后在165℃进行第三次时效处理,时效时间为16h。
实施例2:
一种多元耐热镁合金,按照重量百分比含量含有:Gd:0.68%,Al:3.54%,Zn:1.82%,Si:4.44%,Ca:0.96%,Sr:1.07%,Nd:0.98%,Zr:0.23%,Sn:1.7%,Be:0.175%,Mn:0.89%,Sb:0.145%,Cu:0.67%,余量为Mg;
所述耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)原料准备:按照重量百分比含量进行原料准备,所述原料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金;
(2)熔炼:采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金,熔炼温度为745-770℃,先在熔炼炉中加入纯Mg锭,待纯镁锭完全熔化后,加入Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金,待所有原料完全熔化后进行搅拌,使合金成分均匀;
(3)精炼:使熔炼炉升温至790℃对合金进行精炼,边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂,精炼时间为4分钟,精炼完后在740℃保温静置8分钟,所述耐热镁合金精炼剂的组成为: NaCl:13%;Na3AlF6:9%;MgCl2:36%;余量为KCl;
(4)浇铸:将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为240℃的铁模具中,浇铸温度为38℃;铸件规格为Ф480mm,长度3500mm
(5)热处理:将铸件在440℃温度范围内进行固溶处理,固溶处理时间为16小时,然后进行水淬,将淬火后的铸件放入到210℃的电阻炉中人工时效40小时,制得镁合金坯件;
(6)变形处理:a.高温锻造开坯:加热坯料至温度为435℃保温1.5h;进行两向锻造开坯,锻造成厚度为45mm的厚板;道次压下量为25%,每3道次锻造后退火1.5h,退火温度为430℃;b. 加热轧辊至温度为320℃;c. 加热厚板至温度为465℃,保温25分钟后,采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成4mm薄板,轧辊速度为0.45 m/s;每道次轧制压下量为12%,每道次轧制后回炉退火,退火温度为435℃,退火时间为35min;
(7)轧后热处理:将轧后的薄板进行时效处理,所述的时效处理工艺为:时效温度为250℃,保温时间为12h;再在220℃进行第二次时效处理,时效时间为12h;最后在180℃进行第三次时效处理,时效时间为12h。
实施例3:
一种多元耐热镁合金,按照重量百分比含量含有Gd:0.65%,Al:3.55%,Zn:1.85%,Si:4.25%,Ca:0.96%,Sr:1.05%,Nd:0.9%,Zr:0.24%,Sn:1.6%,Be:0.18%,Mn:0.85%,Sb:0.13%,Cu:0.75%,余量为Mg。
所述耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)原料准备:按照重量百分比含量进行原料准备,所述原料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金;
(2)熔炼:采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金,熔炼温度为750℃,先在熔炼炉中加入纯Mg锭,待纯镁锭完全熔化后,加入Mg-Gd中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Si中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Sn、Al-Be中间合金、Al-Mn中间合金、纯Sb、Al-Cu中间合金,待所有原料完全熔化后进行搅拌,使合金成分均匀;
(3)精炼:使熔炼炉升温至790℃对合金进行精炼,边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂,精炼时间为4分钟,精炼完后在740℃保温静置8分钟,所述耐热镁合金精炼剂的组成为: NaCl:13%;Na3AlF6:9%;MgCl2:36%;余量为KCl;
(4)浇铸:将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为240℃的铁模具中,浇铸温度为38℃;铸件规格为Ф480mm,长度3500mm
(5)热处理:将铸件在440℃温度范围内进行固溶处理,固溶处理时间为16小时,然后进行水淬,将淬火后的铸件放入到210℃的电阻炉中人工时效40小时,制得镁合金坯件;
(6)变形处理:a.高温锻造开坯:加热坯料至温度为435℃保温1.5h;进行两向锻造开坯,锻造成厚度为45mm的厚板;道次压下量为25%,每3道次锻造后退火1.5h,退火温度为430℃;b. 加热轧辊至温度为320℃;c. 加热厚板至温度为465℃,保温25分钟后,采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成4mm薄板,轧辊速度为0.45 m/s;每道次轧制压下量为12%,每道次轧制后回炉退火,退火温度为435℃,退火时间为35min;
(7)轧后热处理:将轧后的薄板进行时效处理,所述的时效处理工艺为:时效温度为250℃,保温时间为12h;再在220℃进行第二次时效处理,时效时间为12h;最后在180℃进行第三次时效处理,时效时间为12h。
实施例1-3得到的合金的性能列于下表