CN104099503B - 一种镁合金板材及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镁合金板材，该镁合金板材按照重量百分比含量含有：Al：4.2‑4.8%，Mn：4.1‑4.7%，Zn：3.5‑3.7%，Fe：0.8‑1.2%，Th：0.5‑0.8%，Bi：4.5‑5.2%，Ti：0.3‑0.5%，Pm：0.35‑0.55%，Sm：0.6‑0.9%，Eu：0.05‑0.25%，Gd：2.1‑2.5%，Tb：0.15‑0.35%，Dy：0.3‑0.7%；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110‑130μm；本发明还提出该合金的制作方法，本合金具有良好力学性能和抗蠕变性能。

Description

一种镁合金板材及其制作方法

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，尤其是一种镁合金板材及其制作方法。

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”。 然而，一个阻止镁合金更广泛使用的限制是当与铝合金相比时，它们一般在高温下的抗蠕变性较低。随着对控制国际燃料消耗和降低向大气有害排放需要的增长，汽车制造厂被迫研发更有效的燃料车辆。而降低整个车辆的重量是达到这个目的的关键，任何车辆重量的主要贡献者是发动机本身，并且发动机的最重要元件是汽缸体，其占全部发动机重量的20-25%，在过去，重量的有效节约是通过引入铝合金汽缸体来代替传统的灰口铁汽缸体，并且如果使用可以经受在发动机操作中产生的温度和压力的镁合金，则还可以降低约40%，也正是由于这样，国内外对于具有高温抗蠕变性能的耐热镁合金的研究开发给予了高度重视，并先后试制研究了多系列的耐热镁合金。然而，在试制研究的耐热镁合金体系中，真正得到实际应用的主要集中在少数合金上，此外，即使这些得到应用的耐热镁合金也因为存在各自不同的问题而使其应用受到不同程度的限制。因此，有必要进一步研究开发新型的耐热镁合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金板材。它能满足较高力学性能和高温抗蠕变性能的要求，具有比现有镁合金高得多的抗腐蚀性能。

本发明的另一个目的是提供一种镁合金板材的制作方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金板材，按照重量百分比含量含有：Al：4.2-4.8%，Mn：4.1-4.7%，Zn：3.5-3.7%，Fe：0.8-1.2%，Th：0.5-0.8%，Bi：4.5-5.2%，Ti：0.3-0.5%， Pm：0.35-0.55%，Sm：0.6-0.9%，Eu：0.05-0.25%，Gd：2.1-2.5%，Tb：0.15-0.35%，Dy：0.3-0.7%；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110-130μm。

进一步地，按照重量百分比含量含有：Al：4.2%，Mn：4.1%，Zn：3.5%，Fe：0.8%，Th：0.5%，Bi：4.5%，Ti：0.3%， Pm：0.35%，Sm：0.6%，Eu：0.05%，Gd：2.1%，Tb：0.15%，Dy：0.3%；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110-130μm。

所述的镁合金板材的制作方法，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、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金、氮化硼纳米管颗粒；

(2)预热：将纯Mg锭、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金300℃预热4小时，氮化硼纳米管颗粒500℃预热4小时；

(3)熔炼：采用体积比为CO2:SF6＝100:2的CO2/SF6混合气体保护气氛在700℃的电阻炉中熔炼合金，先在熔炼炉中加入预热的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后，再加入已经预热的Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy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，再将已经预热的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中，然后搅拌使其成分均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液充分静置；

(4)精炼：将熔炼炉中充分静置的镁合金熔液加热至810℃后，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂精炼6分钟，精炼完后在780℃下保温静置10分钟，撇去表面浮渣，得镁合金精炼液，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl：20％；BaCl2：10%；CaF2：35%；KCl：35%；

(5)浇铸：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为450℃的铁模具中，浇铸温度为765℃；铁模具内型腔尺寸为长70cm，宽85cm，高500cm；

(6)热处理：将铸件在500℃下进行31小时的固溶处理后，再进行水淬，将淬火后的铸件放到195℃的电阻炉中人工时效46小时，制得镁合金坯件；

(7)变形处理：a.高温锻造开坯：将坯料加热至420℃保温4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为45cm的合金块；道次压下量为15%，每2道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；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合金块轧制成8cm的合金块，轧辊速度为0.2m/s；每道次轧制压下量为32%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50min；

(8)时效处理：将轧后的薄板进行时效处理，时效温度为300℃，保温时间为40h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在260℃进行第三次时效处理，时效时间为40h。

本发明的优点是：本发明的镁合金能满足较高力学性能和高温抗蠕变性能的要求，具有比现有镁合金高得多的抗腐蚀性能。

具体实施方式

实施例 1

一种镁合金板材，按照重量百分比含量含有：Al：4.2%，Mn：4.1%，Zn：3.5%，Fe：0.8%，Th：0.5%，Bi：4.5%，Ti：0.3%， Pm：0.35%，Sm：0.6%，Eu：0.05%，Gd：2.1%，Tb：0.15%，Dy：0.3%；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110-130μm。

所述的镁合金板材的制作方法，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、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金、氮化硼纳米管颗粒；

(2)预热：将纯Mg锭、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金300℃预热4小时，氮化硼纳米管颗粒500℃预热4小时；

(3)熔炼：采用体积比为CO2:SF6＝100:2的CO2/SF6混合气体保护气氛在700℃的电阻炉中熔炼合金，先在熔炼炉中加入预热的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后，再加入已经预热的Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy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，再将已经预热的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中，然后搅拌使其成分均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液充分静置；

(4)精炼：将熔炼炉中充分静置的镁合金熔液加热至810℃后，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂精炼6分钟，精炼完后在780℃下保温静置10分钟，撇去表面浮渣，得镁合金精炼液，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl：20％；BaCl2：10%；CaF2：35%；KCl：35%；

(5)浇铸：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为450℃的铁模具中，浇铸温度为765℃；铁模具内型腔尺寸为长70cm，宽85cm，高500cm；

(6)热处理：将铸件在500℃下进行31小时的固溶处理后，再进行水淬，将淬火后的铸件放到195℃的电阻炉中人工时效46小时，制得镁合金坯件；

(7)变形处理：a.高温锻造开坯：将坯料加热至420℃保温4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为45cm的合金块；道次压下量为15%，每2道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；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合金块轧制成8cm的合金块，轧辊速度为0.2m/s；每道次轧制压下量为32%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50min；

(8)时效处理：将轧后的薄板进行时效处理，时效温度为300℃，保温时间为40h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在260℃进行第三次时效处理，时效时间为40h。

实施例 2 ：

一种镁合金板材，按照重量百分比含量含有：Al：4.5%，Mn：4.4%，Zn：3.6%，Fe：1.0%，Th：0.65%，Bi：4.8%，Ti：0.4%， Pm：0.45%，Sm：0.75%，Eu：0.15%，Gd：2.3%，Tb：0.25%，Dy：0.5%；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。

所述的镁合金板材的制作方法，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、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金、氮化硼纳米管颗粒；

(2)预热：将纯Mg锭、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金300℃预热4小时，氮化硼纳米管颗粒500℃预热4小时；

(3)熔炼：采用体积比为CO2:SF6＝100:2的CO2/SF6混合气体保护气氛在700℃的电阻炉中熔炼合金，先在熔炼炉中加入预热的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后，再加入已经预热的Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy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，再将已经预热的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中，然后搅拌使其成分均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液充分静置；

(4)精炼：将熔炼炉中充分静置的镁合金熔液加热至810℃后，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂精炼6分钟，精炼完后在780℃下保温静置10分钟，撇去表面浮渣，得镁合金精炼液，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl：20％；BaCl2：10%；CaF2：35%；KCl：35%；

(5)浇铸：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为450℃的铁模具中，浇铸温度为765℃；铁模具内型腔尺寸为长70cm，宽85cm，高500cm；

(6)热处理：将铸件在500℃下进行31小时的固溶处理后，再进行水淬，将淬火后的铸件放到195℃的电阻炉中人工时效46小时，制得镁合金坯件；

(7)变形处理：a.高温锻造开坯：将坯料加热至420℃保温4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为45cm的合金块；道次压下量为15%，每2道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；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合金块轧制成8cm的合金块，轧辊速度为0.2m/s；每道次轧制压下量为32%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50min；

(8)时效处理：将轧后的薄板进行时效处理，时效温度为300℃，保温时间为40h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在260℃进行第三次时效处理，时效时间为40h。

实施例 3 ：

一种镁合金板材，按照重量百分比含量含有：Al：4.8%，Mn：4.7%，Zn：3.7%，Fe：1.2%，Th：0.8%，Bi：5.2%，Ti：0.5%， Pm：0.55%，Sm：0.9%，Eu：0.25%，Gd：2.5%，Tb：0.35%，Dy：0.7%；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130μm。

所述的镁合金板材的制作方法，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、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金、氮化硼纳米管颗粒；

(2)预热：将纯Mg锭、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金300℃预热4小时，氮化硼纳米管颗粒500℃预热4小时；

(3)熔炼：采用体积比为CO2:SF6＝100:2的CO2/SF6混合气体保护气氛在700℃的电阻炉中熔炼合金，先在熔炼炉中加入预热的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后，再加入已经预热的Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy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，再将已经预热的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中，然后搅拌使其成分均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液充分静置；

(4)精炼：将熔炼炉中充分静置的镁合金熔液加热至810℃后，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂精炼6分钟，精炼完后在780℃下保温静置10分钟，撇去表面浮渣，得镁合金精炼液，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl：20％；BaCl2：10%；CaF2：35%；KCl：35%；

(5)浇铸：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为450℃的铁模具中，浇铸温度为765℃；铁模具内型腔尺寸为长70cm，宽85cm，高500cm；

(6)热处理：将铸件在500℃下进行31小时的固溶处理后，再进行水淬，将淬火后的铸件放到195℃的电阻炉中人工时效46小时，制得镁合金坯件；

(7)变形处理：a.高温锻造开坯：将坯料加热至420℃保温4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为45cm的合金块；道次压下量为15%，每2道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；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合金块轧制成8cm的合金块，轧辊速度为0.2m/s；每道次轧制压下量为32%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50min；

(8)时效处理：将轧后的薄板进行时效处理，时效温度为300℃，保温时间为40h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在260℃进行第三次时效处理，时效时间为40h。

实施例 1-3 得到的合金的性能列于下表

Claims (1)

1.一种镁合金板材，其特征在于，该镁合金板材按照重量百分比含量含有：Al：4.2-4.8%，Mn：4.1-4.7%，Zn：3.5-3.7%，Fe：0.8-1.2%，Th：0.5-0.8%，Bi：4.5-5.2%，Ti：0.3-0.5%， Pm：0.35-0.55%，Sm：0.6-0.9%，Eu：0.05-0.25%，Gd：2.1-2.5%，Tb：0.15-0.35%，Dy：0.3-0.7%；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110-130μm，所述镁合金板材的制作步骤如下：

(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、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金、氮化硼纳米管颗粒；

(2)预热：将纯Mg锭、Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy中间合金300℃预热4小时，氮化硼纳米管颗粒500℃预热4小时；

(3)熔炼：采用体积比为CO₂:SF₆＝100:2的CO₂/SF₆混合气体保护气氛在700℃的电阻炉中熔炼合金，先在熔炼炉中加入预热的纯Mg锭，待纯Mg锭完全熔化后，再加入已经预热的Al-Mn中间合金、纯Al锭、纯Zn、Al-Fe中间合金、Al-Th中间合金、Al-Bi中间合金、Mg-Ti中间合金、纯Pm、Al-Sm中间合金、纯Eu、Al- Gd中间合金、Mg- Tb中间合金、Mg-Dy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，再将已经预热的氮化硼纳米管颗粒掺杂到熔炼的镁合金熔液中，然后搅拌使其成分均匀，将搅拌掺杂后的镁合金熔液充分静置；

(4)精炼：将熔炼炉中充分静置的镁合金熔液加热至810℃后，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂精炼6分钟，精炼完后在780℃下保温静置10分钟，撇去表面浮渣，得镁合金精炼液，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl：20％；BaCl₂：10%；CaF₂：35%；KCl：35%；

(5)浇铸：将镁合金精炼液浇铸到预热温度为450℃的铁模具中，浇铸温度为765℃；铁模具内型腔尺寸为长70cm，宽85cm，高500cm；

(6)热处理：将铸件在500℃下进行31小时的固溶处理后，再进行水淬，将淬火后的铸件放到195℃的电阻炉中人工时效46小时，制得镁合金坯件；

(7)变形处理：a.高温锻造开坯：将坯料加热至420℃保温4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为45cm的合金块；道次压下量为15%，每2道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；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合金块轧制成8cm的合金块，轧辊速度为0.2m/s；每道次轧制压下量为32%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为50min；

(8)时效处理：将轧后的薄板进行时效处理，时效温度为300℃，保温时间为40h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在260℃进行第三次时效处理，时效时间为40h。