CN104032196A - 高强度镁合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：金属预热；熔化纯镁、铝锭、锌锭，600-750℃保温后升温至750-850℃；依次加入：Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金，熔化后760-880℃保温20-40min；加入石英粉后捞渣；600-750℃下浇铸成铸锭；固溶强化和时效处理，获得最终产品。本发明的有益之处在于：制造镁合金材料的方法易于操作和实现，并且降低了生产成本，经济效益可观；获得的产品将高强度、高韧塑性和良好的焊接性能融于一体，其屈服应力达到260MPa以上，抗拉强度达到360Mpa以上，断裂伸长率达到16％以上，是良好的商用镁合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，具体涉及一种高强度镁合金材料及其制备方法，属于合金材料技术领域。
背景技术
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成型、废料容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有重要的应用价值，被称为21世纪“绿色工程材料”。
当然，镁合金也有其性能上的缺点，如结晶温度间隔宽，容易形成凝固收缩分布在铸件断面，使合金强度和韧性降低，镁合金为密排六方晶体结构，抗拉强度、屈服强度和延伸率低，较低的电极电位(-2.37V)使耐蚀性变差，使镁合金的应用受到很大限制。
目前，镁合金已开发了Mg-Al,Mg-Zn,Mg-RE,Mg-Mn等多种系列，其中Mg-A1系列镁合金因具有良好的力学性能、耐腐蚀性、铸造性和低廉的成本应用最广。在此基础上，为了进一步提高镁合金的强度、韧塑性和抗腐蚀性能，常采用添加合金化元素或稀土等来生成增强相或者细化晶粒，从而提高镁合金的力学性能。
目前，国内外广泛开展提高镁合金材料强度和塑性的工作，国内已有部分高校和企业分别研制出了一些高强度的稀土镁合金。然而由于稀土元素较多导致了材料的成本较高，竞争力差。
既能够保证高强度和高塑性，又可控制低成本的镁合金有待于进一步开发。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于以较低的成本和合金元素含量，在适当的制备及热处理工艺下，制造出一种具有高强度和高韧塑性并且耐腐蚀性能和焊接性能良好的经济适用型镁合金材料，以及该经济适用性镁合金材料的制备方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn或Mg-Mn中间合金、Al-Li或Mg-Li中间合金、Al-Zr或Mg-Zr中间合金预热到150-230℃；
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在600-750℃保温30min，再升温至750-850℃；
(3)向熔炉中依次加入：Al-Mn或Mg-Mn中间合金、Al-Li或Mg-Li中间合金、Al-Zr或Mg-Zr中间合金、Al-Sb或Mg-Sb中间合金、Al-Mo或Mg-Mo中间合金，熔化后将镁合金液温度升到760-880℃，保温20-40min；
(4)加入0.5-1％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液；
(5)将镁合金液转移到600-750℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭；
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，获得最终产品。
前述的高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护。
前述的高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，固溶工艺为：温度370-400℃，时间6-10h；时效工艺为：温度150-180℃，时间12-24h。
一种由前述的方法获得的高强度、大塑性镁合金材料。
前述的高强度、大塑性镁合金材料，其特征在于，产品中各组分的质量含量分别为：
本发明的有益之处在于：
1、本发明的镁合金材料将高强度、高韧塑性和良好的焊接性能融于一体，其屈服应力达到260MPa以上，抗拉强度达到360MPa以上，断裂伸长率达到16％以上，是良好的商用镁合金。
2、制造镁合金材料的方法易于操作和实现，并且降低了生产成本，经济效益可观。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金预热到150℃。
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在600℃保温30min，再升温至750℃。
(3)向熔炉中依次加入：Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护，熔化后将镁合金液温度升到760℃，保温20min。
(4)加入0.5％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液。
(5)将镁合金液转移到600℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭。
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，固溶工艺为：温度370℃，时间6h；时效工艺为：温度150℃，时间12h，获得最终产品。
纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金的添加量，需要根据最终产品中各组分的质量含量要求以及合金中各组分的比例进行适当的调整，使得最终产品中各组分的质量含量分别为：Al4-7％、Zn0.5-2.5％、Mn1-3％、Li0.2-0.8％、Zr0.2-1.0％、Sb〈1％、Mo〈1％、杂质(Si、Fe、Cu、Ni)〈0.03％、Mg余量即可。
实施例2
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金预热到230℃。
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在750℃保温30min，再升温至850℃。
(3)向熔炉中依次加入：Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护，熔化后将镁合金液温度升到880℃，保温40min。
(4)加入1％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液。
(5)将镁合金液转移到750℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭。
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，固溶工艺为：温度400℃，时间10h；时效工艺为：温度180℃，时间24h，获得最终产品。
纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金的添加量，需要根据最终产品中各组分的质量含量要求以及合金中各组分的比例进行适当的调整，使得最终产品中各组分的质量含量分别为：Al4-7％、Zn0.5-2.5％、Mn1-3％、Li0.2-0.8％、Zr0.2-1.0％、Sb〈1％、Mo〈1％、杂质(Si、Fe、Cu、Ni)〈0.03％、Mg余量即可。
实施例3
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金预热到190℃。
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在680℃保温30min，再升温至800℃。
(3)向熔炉中依次加入：Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护，熔化后将镁合金液温度升到820℃，保温30min。
(4)加入0.7％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液。
(5)将镁合金液转移到680℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭。
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，固溶工艺为：温度380℃，时间8h；时效工艺为：温度160℃，时间18h，获得最终产品。
纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn中间合金、Al-Li中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sb中间合金、Al-Mo中间合金的添加量，需要根据最终产品中各组分的质量含量要求以及合金中各组分的比例进行适当的调整，使得最终产品中各组分的质量含量分别为：Al4-7％、Zn0.5-2.5％、Mn1-3％、Li0.2-0.8％、Zr0.2-1.0％、Sb〈1％、Mo〈1％、杂质(Si、Fe、Cu、Ni)〈0.03％、Mg余量即可。
实施例4
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Mg-Mn中间合金、Mg-Li中间合金、Mg-Zr中间合金预热到190℃。
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在680℃保温30min，再升温至800℃。
(3)向熔炉中依次加入：Mg-Mn中间合金、Mg-Li中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Sb中间合金、Mg-Mo中间合金，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护，熔化后将镁合金液温度升到820℃，保温30min。
(4)加入0.7％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液。
(5)将镁合金液转移到680℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭。
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，固溶工艺为：温度380℃，时间8h；时效工艺为：温度160℃，时间18h，获得最终产品。
纯镁、铝锭、锌锭、Mg-Mn中间合金、Mg-Li中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Sb中间合金、Mg-Mo中间合金的添加量，需要根据最终产品中各组分的质量含量要求以及合金中各组分的比例进行适当的调整，使得最终产品中各组分的质量含量分别为：Al4-7％、Zn0.5-2.5％、Mn1-3％、Li0.2-0.8％、Zr0.2-1.0％、Sb〈1％、Mo〈1％、杂质(Si、Fe、Cu、Ni)〈0.03％、Mg余量即可。
经试验和统计，采用本发明的方法获得的镁合金材料与常用的镁合金AZ31相比(经过热挤压，未热处理)：
1、合金性能参数见表1
表1合金性能参数比较表
| 合金 | 屈服应力，MPa | 抗拉强度，MPa | 断裂伸长率，％ |
| AZ31 | 180-220 | 280-300 | 12-18 |
| 实施例1 | 230-250 | 310-320 | 22-24 |
| 实施例2 | 240-260 | 360-370 | 16-18 |
| 实施例3 | 200-220 | 312-322 | 23-26 |
| 实施例4 | 240-260 | 375-400 | 14-19 |
可见，本发明的镁合金材料将高强度、高韧塑性和良好的焊接性能融于一体，其屈服应力达到260MPa以上，抗拉强度达到360MPa以上，断裂伸长率达到16％以上，是良好的商用镁合金。
2、合金成本见表2
表2合金成本对比表(万元RMB/吨)
注：这里各种合金的熔炼工艺和铸锭工艺成本、机加工成本、加热等成本认为相同。
可见，采用本发明的方法制造镁合金材料，提高了力学性能，降低了生产成本，经济效益可观。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纯镁、铝锭、锌锭、Al-Mn或Mg-Mn中间合金、Al-Li或Mg-Li中间合金、Al-Zr或Mg-Zr中间合金预热到150-230℃；
(2)将纯镁、铝锭、锌锭置于氩气保护的熔炉中熔化，熔化后在600-750℃保温30min，再升温至750-850℃；
(3)向熔炉中依次加入：Al-Mn或Mg-Mn中间合金、Al-Li或Mg-Li中间合金、Al-Zr或Mg-Zr中间合金、Al-Sb或Mg-Sb中间合金、Al-Mo或Mg-Mo中间合金，熔化后将镁合金液温度升到760-880℃，保温20-40min；
(4)加入0.5-1％石英粉，搅拌均匀后静置，然后捞渣，得到初级镁合金液；
(5)将镁合金液转移到600-750℃恒温的精炼炉中，通氩气，静置30min后浇铸成铸锭，并去除铸锭表面冷隔和氧化层，得到初级镁合金锭；
(6)对初级镁合金锭进行固溶强化和时效处理，获得最终产品。
2.根据权利要求1所述的高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，加入中间合金的过程中不间断通入氩气保护。
3.根据权利要求1所述的高强度、大塑性镁合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，固溶工艺为：温度370-400℃，时间6-10h；时效工艺为：温度150-180℃，时间12-24h。
4.一种由权利要求1-3任意一项所述的方法获得的高强度、大塑性镁合金材料。
5.根据权利要求4所述的高强度、大塑性镁合金材料，其特征在于，产品中各组分的质量含量分别为：
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