CN104073701B - 一种增强镁合金及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Y：0.7‑0.9%，Al：6.3‑6.5%，Mn：4.2‑4.8%，Zn：3.1‑3.3%，Cr：3.2‑4.2%，Ca：2.3‑2.5%，Co：1.3‑1.5%，La：1.2‑1.4%，W：0.4‑0.6%，Mo：0.45‑0.55%，Ni：0.21‑0.42%，V：0.23‑0.43%，Cu：1.8‑2.8%，氮化硼纳米管颗粒：18‑20%，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90‑150μm；本发明还提出该合金的制作方法，本合金具有很好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于镁合金材料领域，尤其是一种增强镁合金及其制作方法。
背景技术
镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越和易于回收利用等优点，被誉为21世纪“绿色结构材料”。但镁合金拉伸强度和屈服强度低，限制了其在工业领域的应用。因此提高镁合金的强度，使其具有良好的力学性能，成为了镁合金开发的热点，为了增强镁合金的力学性能，提高其应用范围，必须对镁合金进行强化处理，常用的方法有很多，例如沉淀强化法、晶粒细化法、热压法，掺杂增强剂法。掺杂增强剂法，一般是向镁合金中添加颗粒或纤维来增强其力学性能，而纤维增强镁合金，工艺复杂，成本高，机械加工困难等缺点限制了其应用。因此，有必要进一步研究开发的增强镁合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强镁合金及其制作方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Y：0.7‐0.9％，Al：6.3‐6.5％，Mn：4.2‐4.8％，Zn：3.1‐3.3％，Cr：3.2‐4.2％，Ca：2.3‐2.5％，Co：1.3‐1.5％，La：1.2‐1.4％，W：0.4‐0.6％，Mo：0.45‐0.55％，Ni：0.21‐0.42％，V：0.23‐0.43％，Cu：1.8‐2.8％，氮化硼纳米管颗粒：18‐20％，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90‐150μm。
更进一步的，按照重量百分比含量含有：Y：0.7％，Al：6.3％，Mn：4.2％，Zn：3.1％，Cr：3.2％，Ca：2.3％，Co：1.3％，La：1.2％，W：0.4％，Mo：0.45％，Ni：0.21％，V：0.23％，Cu：1.8％，氮化硼纳米管颗粒：18％，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90μm。
所述的增强镁合金的制作方法，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‐Y中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、纯Mo、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、纯Ni、Al‐Cu中间合金、氮化硼纳米管颗粒；
(2)预热：将氮化硼纳米管颗粒700‐720℃预热3小时；
(3)熔炼：采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为780‐800℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后；依次加入纯Al锭、纯Zn、纯Mo、纯Ni，待完全熔化后；再依次加入Mg‐Y中间合金、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、Al‐Cu中间合金，待所有原料完全熔化后搅拌均匀；再将预热后的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中搅拌均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液静置15‐30分钟；
(4)精炼：将熔炼炉清洗干净并预热至810～820℃再放入镁合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为8‐12分钟，精炼完后在800～810℃保温静置12～14分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：BaCl2：11～15％；CaCO3：8～10％；MgCl2：30‐40％；余量为KCl；
(5)制坯件：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为410‐430℃的铁模具中，浇铸温度为760‐780℃，制造出规格为Ф1m，长度为5m的铸件，把铸件放在460‐480℃范围内进行28‐30小时固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到250℃的电阻炉中人工时效45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460～480℃保温3～6h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为10cm的厚板；道次压下量为45％，每2道次锻造后退火2.5h，退火温度为460‐480℃；b.加热轧辊至温度为400‐430℃；c.加热厚板至温度为510‐530℃，保温45‐55分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成5cm薄板，轧辊速度为1m/s；每道次轧制压下量为26‐28％，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460～480℃，退火时间为50～60分钟；
(7)时效处理：将轧后的薄板进行人工时效38‐48h，时效温度为280‐320℃，再在320‐340℃下进行第二次时效处理，时效时间为40‐45h。
本发明的有益效果在于：本发明通过将氮化硼纳米管添加到镁合金中，从而得到颗粒增强型镁合金，该镁合金具有较高的强度和良好的机械加工性能，对应的镁合金铸件制造工艺步骤简单，镁合金铸件成本低廉。本发明应用前景良好。
具体实施方式
实施例1
一种增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Y：0.7％，Al：6.3％，Mn：4.2％，Zn：3.1％，Cr：3.2％，Ca：2.3％，Co：1.3％，La：1.2％，W：0.4％，Mo：0.45％，Ni：0.21％，V：0.23％，Cu：1.8％，氮化硼纳米管颗粒：18％，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90μm。
一种增强镁合金的制作方法，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‐Y中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、纯Mo、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、纯Ni、Al‐Cu中间合金、氮化硼纳米管颗粒；
(2)预热：将氮化硼纳米管颗粒700℃预热3小时；
(3)熔炼：采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为780℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后；依次加入纯Al锭、纯Zn、纯Mo、纯Ni，待完全熔化后；再依次加入Mg‐Y中间合金、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、Al‐Cu中间合金，待所有原料完全熔化后搅拌均匀；再将预热后的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中搅拌均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液静置15分钟；
(4)精炼：将熔炼炉清洗干净并预热至810℃再放入镁合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为8分钟，精炼完后在800℃保温静置12分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：BaCl2：11％；CaCO3：8％；MgCl2：30％；余量为KCl；
(5)制坯件：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为410℃的铁模具中，浇铸温度为760℃，制造出规格为Ф1m，长度为5m的铸件，把铸件放在460℃范围内进行28小时固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到250℃的电阻炉中人工时效45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460℃保温3h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为10cm的厚板；道次压下量为45％，每2道次锻造后退火2.5h，退火温度为460℃；b.加热轧辊至温度为400℃；c.加热厚板至温度为510℃，保温45分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成5cm薄板，轧辊速度为1m/s；每道次轧制压下量为26％，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50分钟；
(7)时效处理：将轧后的薄板进行人工时效38h，时效温度为280℃，再在320℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h。
实施例2：
一种增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Y：0.8％，Al：6.4％，Mn：4.5％，Zn：3.2％，Cr：3.7％，Ca：2.4％，Co：1.4％，La：1.3％，W：0.5％，Mo：0.5％，Ni：0.31％，V：0.33％，Cu：2.3％，氮化硼纳米管颗粒：19％，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为120μm。
一种增强镁合金的制作方法，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‐Y中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、纯Mo、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、纯Ni、Al‐Cu中间合金、氮化硼纳米管颗粒；
(2)预热：将氮化硼纳米管颗粒710℃预热3小时；
(3)熔炼：采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为790℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后；依次加入纯Al锭、纯Zn、纯Mo、纯Ni，待完全熔化后；再依次加入Mg‐Y中间合金、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、Al‐Cu中间合金，待所有原料完全熔化后搅拌均匀；再将预热后的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中搅拌均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液静置23分钟；
(4)精炼：将熔炼炉清洗干净并预热至815℃再放入镁合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为10分钟，精炼完后在805℃保温静置13分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：BaCl2：13％；CaCO3：9％；MgCl2：35％；余量为KCl；
(5)制坯件：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为420℃的铁模具中，浇铸温度为770℃，制造出规格为Ф1m，长度为5m的铸件，把铸件放在470℃范围内进行29小时固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到250℃的电阻炉中人工时效45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470℃保温5h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为10cm的厚板；道次压下量为45％，每2道次锻造后退火2.5h，退火温度为470℃；b.加热轧辊至温度为420℃；c.加热厚板至温度为520℃，保温50分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成5cm薄板，轧辊速度为1m/s；每道次轧制压下量为27％，每道次轧制后回炉退火，退火温度为470℃，退火时间为55分钟；
(7)时效处理：将轧后的薄板进行人工时效43h，时效温度为300℃，再在330℃下进行第二次时效处理，时效时间为43h。
实施例3：
一种增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Y：0.9％，Al：6.5％，Mn：4.8％，Zn：3.3％，Cr：4.2％，Ca：2.5％，Co：1.5％，La：1.4％，W：0.6％，Mo：0.55％，Ni：0.42％，V：0.43％，Cu：2.8％，氮化硼纳米管颗粒：20％，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为150μm。
一种增强镁合金的制作方法，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‐Y中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、纯Mo、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、纯Ni、Al‐Cu中间合金、氮化硼纳米管颗粒；
(2)预热：将氮化硼纳米管颗粒720℃预热3小时；
(3)熔炼：采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为800℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后；依次加入纯Al锭、纯Zn、纯Mo、纯Ni，待完全熔化后；再依次加入Mg‐Y中间合金、Al‐Cr中间合金、Al‐Ca中间合金、Al‐Co中间合金、Mg‐La中间合金、Mg‐W中间合金、Al‐V中间合金、Al‐Mn中间合金、Al‐Cu中间合金，待所有原料完全熔化后搅拌均匀；再将预热后的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中搅拌均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液静置30分钟；
(4)精炼：将熔炼炉清洗干净并预热至820℃再放入镁合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为12分钟，精炼完后在810℃保温静置14分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：BaCl2：15％；CaCO3：10％；MgCl2：40％；余量为KCl；
(5)制坯件：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为430℃的铁模具中，浇铸温度为780℃，制造出规格为Ф1m，长度为5m的铸件，把铸件放在480℃范围内进行28‐30小时固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到250℃的电阻炉中人工时效45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480℃保温6h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为10cm的厚板；道次压下量为45％，每2道次锻造后退火2.5h，退火温度为480℃；b.加热轧辊至温度为430℃；c.加热厚板至温度为530℃，保温55分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成5cm薄板，轧辊速度为1m/s；每道次轧制压下量为28％，每道次轧制后回炉退火，退火温度为480℃，退火时间为60分钟；
(7)时效处理：将轧后的薄板进行人工时效48h，时效温度为320℃，再在340℃下进行第二次时效处理，时效时间为45h。
实施例1‐3得到的合金的性能列于下表
| 实施例 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 硬度 |
| 1 | 445MPa | 380MPa | 47HB |
| 2 | 475MPa | 387MPa | 46HB |
| 3 | 653MPa | 403MPa | 54HB |
Claims (3)
1.一种增强镁合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Y：0.7-0.9%，Al：6.3-6.5%，Mn：4.2-4.8%，Zn：3.1-3.3%，Cr：3.2-4.2%，Ca：2.3-2.5%，Co：1.3-1.5%，La：1.2-1.4%，W：0.4-0.6%，Mo：0.45-0.55%，Ni：0.21-0.42%，V：0.23-0.43%，Cu：1.8-2.8%，氮化硼纳米管颗粒：18-20%，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90-150μm。
2.如权利要求1所述的增强镁合金，其特征在于：按照重量百分比含量含有：Y：0.7%，Al：6.3%，Mn：4.2%，Zn：3.1%，Cr：3.2%，Ca：2.3%，Co：1.3%，La：1.2%，W：0.4%，Mo：0.45%，Ni：0.21%，V：0.23%，Cu：1.8%，氮化硼纳米管颗粒：18%，余量为Mg，所述氮化硼纳米管颗粒的尺寸为90μm。
3.如权利要求2所述的增强镁合金的制作方法，其特征在于：
(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-Y
中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Cr中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Co中间合金、Mg-La中间合金、Mg-W中间合金、纯Mo、Al-V中间合金、Al-Mn中间合金、纯Ni、Al-Cu中间合金、氮化硼纳米管颗粒；
(2)预热：将氮化硼纳米管颗粒700-720℃预热3小时；
(3)熔炼：采用气体保护气氛在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为780-800℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后；依次加入纯Al锭、纯Zn、纯Mo、纯Ni，待完全熔化后；再依次加入Mg-Y
中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ca中间合金、Al-Co中间合金、Mg-La中间合金、Mg-W中间合金、Al-V中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cu中间合金，待所有原料完全熔化后搅拌均匀；再将预热后的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中搅拌均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液静置15-30分钟；
(4)精炼：将熔炼炉清洗干净并预热至810～820℃再放入镁合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为8-12分钟，精炼完后在800～810℃保温静置12～14分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：
BaCl2：11～15％；
CaCO3：8～10%；
MgCl2：30～40%；余量为KCl；
(5)制坯件：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为410-430℃的铁模具中，浇铸温度为760-780℃，制造出规格为Ф1m，长度为5m的铸件，把铸件放在460-480℃范围内进行28-30小时固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到250℃的电阻炉中人工时效45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460～480℃保温3～6h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为10cm的厚板；道次压下量为45%，每2道次锻造后退火2.5h，退火温度为460-480℃；b. 加热轧辊至温度为400-430℃；c. 加热厚板至温度为510-530℃，保温45-55分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成5cm薄板，轧辊速度为1m/s；每道次轧制压下量为26-28%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460～480℃，退火时间为50～60分钟；
(7)时效处理：将轧后的薄板进行人工时效38-48h，时效温度为280-320℃，再在320-340℃下进行第二次时效处理，时效时间为40-45h。
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