CN104099506B - 一种多元耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种多元耐热镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.1‑5.2%，Cu：3.2‑4.2%，Mo：0.5‑1.7%，Ni：0.1‑0.7%，Ti：1.0‑1.2%，Pr：0.1‑0.45%，V：0.34‑0.75%，Sn：2.3‑4.3%，Be：1.4‑1.6%，Sr：3.3‑3.7%，Os：0.1‑0.5%，La：0.5‑0.7%，Ho：0.8‑1.0%，余量为Mg；本发明还提出该合金的制备方法，本合金具有良好力学性能和耐热性能。
Description
技术领域
本发明属于耐热镁合金材料领域，尤其是一种多元耐热镁合金及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，以汽车为代表的交通工具需要通过减轻车身的重量，来进一步研发燃料利用率更高的新产品。而镁合金作为一种新型的轻质金属材料其密度(比重)最小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，是工业材料中最轻的金属结构材料，被汽车制造厂家用来替代传统的铸铁，以实现减轻车身重量的目的。但镁合金的用途还是远不及铝合金，其原因之一是它的耐热性能差，当环境温度超过120℃后，一般的镁合金的强度陡然下降，限制了它在许多工业设备和产品上的应用。虽然在20世纪中后期相继出现了一些性能很高的耐热镁合金，但是这些合金的成份中都含较高比例的贵重元素，致使合金的成本很高，因而，急需一种耐高温性更加优良的镁合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低，具有良好力学性能的多元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：Al：4.1-5.2%，Cu：3.2-4.2%，Mo：0.5-1.7%，Ni：0.1-0.7%，Ti：1.0-1.2%，Pr：0.1-0.45%，V：0.34-0.75%，Sn：2.3-4.3%，Be：1.4-1.6%，Sr：3.3-3.7%，Os：0.1-0.5%， La：0.5-0.7%，Ho：0.8-1.0%，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-Cu中间合金、纯Al锭、纯Mo、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、纯Be、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、纯La、Al-Ho中间合金；
(2)熔炼：在电阻炉中加入纯Mg锭、纯Al锭、纯Mo、纯Be、纯La，然后给电阻炉升温，当加入的上述金属快熔化时充入CO2/SF6混合气体保护，当电阻炉温度升至780-800℃时，加入Mg-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、Al-Ho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，并在740-760℃静置保温30分钟后，得合金液；
(3)检样：用所得合金液浇铸一小块样品，检测熔炼质量，如果质量合格，将所述合金液调温到720-730℃扒渣，然后进行浇铸，如果质量较差，则再进行精炼处理；
(4)精炼：将熔炼炉温度升至790～810℃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8-10分钟，精炼完后在740～750℃保温静置5～8分钟，除杂质；
(5)制坯件：将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为300～380℃的铁模具中，浇铸温度为720～730℃；铸件规格为Ф50～Ф80cm，长度≥500cm；将铸件在440-460℃温度范围内进行24～28小时的固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到230℃的电阻炉中人工时效36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70-90mm的厚板；道次压下量为30%～50%，每5-8道次锻造后退火2h，退火温度为460～470℃；b. 加热轧辊至温度为410-420℃；c. 加热厚板至温度为500-520℃，保温40-50分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成12～18mm薄板，轧辊速度为0.7～1.0 m/s；每道次轧制压下量为20%～30%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460～470℃，退火时间为40～50分钟；
(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260-280℃，保温时间为40-50h；再在240-280℃进行第二次时效处理，时效时间为38-40h。
进一步地，Al：4.1%，Cu：3.2%，Mo：0.5%，Ni：0.1%，Ti：1.0%，Pr：0.1%，V：0.34%，Sn：2.3%，Be：1.4%，Sr：3.3%，Os：0.1%， La：0.5%，Ho：0.8%，余量为Mg，余量为Mg。
进一步的，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%碳酸钙，20%碳酸锰，50%碳酸镁。
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：Al：4.1%，Cu：3.2%，Mo：0.5%，Ni：0.1%，Ti：1.0%，Pr：0.1%，V：0.34%，Sn：2.3%，Be：1.4%，Sr：3.3%，Os：0.1%， La：0.5%，Ho：0.8%，余量为Mg，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-Cu中间合金、纯Al锭、纯Mo、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、纯Be、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、纯La、Al-Ho中间合金；
(2)熔炼：在电阻炉中加入纯Mg锭、纯Al锭、纯Mo、纯Be、纯La，然后给电阻炉升温，当加入的上述金属快熔化时充入CO2/SF6混合气体保护，当电阻炉温度升至780℃时，加入Mg-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、Al-Ho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，并在740℃静置保温30分钟后，得合金液；
(3)检样：用所得合金液浇铸一小块样品，检测熔炼质量，如果质量合格，将所述合金液调温到720℃扒渣，然后进行浇铸，如果质量较差，则再进行精炼处理；
(4)精炼：将熔炼炉温度升至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8分钟，精炼完后在740℃保温静置5分钟，除杂质；
(5)制坯件：将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为300℃的铁模具中，浇铸温度为720℃；铸件规格为Ф50cm，长度为500cm；将铸件在440℃温度范围内进行24小时的固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到230℃的电阻炉中人工时效36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70mm的厚板；道次压下量为30%，每5道次锻造后退火2h，退火温度为460℃；b. 加热轧辊至温度为410℃；c. 加热厚板至温度为500℃，保温40分钟后，采用多道次小变形量的方法将厚板轧制成12mm薄板，轧辊速度为0.7 m/s；每道次轧制压下量为20%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为460℃，退火时间为40分钟；
(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260℃，保温时间为40h；再在240℃进行第二次时效处理，时效时间为38h。
所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%碳酸钙，20%碳酸锰，50%碳酸镁。
实施例
2
：
一种多元耐热镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.6%，Cu：3.7%，Mo：1.1%，Ni：0.4%，Ti：1.1%，Pr：0.25%，V：0.55%，Sn：3.3%，Be：1.5%，Sr：3.5%，Os：0.3%， La：0.6%，Ho：0.9%，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-Cu中间合金、纯Al锭、纯Mo、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、纯Be、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、纯La、Al-Ho中间合金；
(2)熔炼：在电阻炉中加入纯Mg锭、纯Al锭、纯Mo、纯Be、纯La，然后给电阻炉升温，当加入的上述金属快熔化时充入CO2/SF6混合气体保护，当电阻炉温度升至790℃时，加入Mg-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、Al-Ho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，并在750℃静置保温30分钟后，得合金液；
(3)检样：用所得合金液浇铸一小块样品，检测熔炼质量，如果质量合格，将所述合金液调温到725℃扒渣，然后进行浇铸，如果质量较差，则再进行精炼处理；
(4)精炼：将熔炼炉温度升至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9分钟，精炼完后在745℃保温静置6分钟，除杂质；
(5)制坯件：将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为340℃的铁模具中，浇铸温度为725℃；铸件规格为Ф65cm，长度为530cm；将铸件在450℃温度范围内进行26小时的固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到230℃的电阻炉中人工时效36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4h；进行两向锻造开坯，锻造成厚度为80mm的厚板；道次压下量为40%，每7道次锻造后退火2h，退火温度为465℃；b. 加热轧辊至温度为415℃；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16mm薄板，轧辊速度为0.8 m/s；每道次轧制压下量为25%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为465℃，退火时间为45分钟；
(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270℃，保温时间为45h；再在260℃进行第二次时效处理，时效时间为39h。
所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%碳酸钙，20%碳酸锰，50%碳酸镁。
实施例
3
：
一种多元耐热镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：5.2%，Cu：4.2%，Mo：1.7%，Ni：0.7%，Ti：1.2%，Pr：0.45%，V：0.75%，Sn：4.3%，Be：1.6%，Sr：3.7%，Os：0.5%， La：0.7%，Ho：1.0%，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-Cu中间合金、纯Al锭、纯Mo、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、纯Be、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、纯La、Al-Ho中间合金；
(2)熔炼：在电阻炉中加入纯Mg锭、纯Al锭、纯Mo、纯Be、纯La，然后给电阻炉升温，当加入的上述金属快熔化时充入CO2/SF6混合气体保护，当电阻炉温度升至800℃时，加入Mg-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、Al-Ho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，并在760℃静置保温30分钟后，得合金液；
(3)检样：用所得合金液浇铸一小块样品，检测熔炼质量，如果质量合格，将所述合金液调温到730℃扒渣，然后进行浇铸，如果质量较差，则再进行精炼处理；
(4)精炼：将熔炼炉温度升至810℃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10分钟，精炼完后在750℃保温静置8分钟，除杂质；
(5)制坯件：将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为380℃的铁模具中，浇铸温度为730℃；铸件规格为Ф80cm，长度为550cm；将铸件在460℃温度范围内进行28小时的固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到230℃的电阻炉中人工时效36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90mm的厚板；道次压下量为50%，每8道次锻造后退火2h，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18mm薄板，轧辊速度为1.0 m/s；每道次轧制压下量为30%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为470℃，退火时间为50分钟；
(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280℃，保温时间为50h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h。
所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%碳酸钙，20%碳酸锰，50%碳酸镁。
实施例
1-3
得到的合金的性能列于下表
Claims (1)
1.一种多元耐热镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：5.2%，Cu：4.2%，Mo：1.7%，Ni：0.7%，Ti：1.2%，Pr：0.45%，V：0.75%，Sn：4.3%，Be：1.6%，Sr：3.7%，Os：0.5%， La：0.7%，Ho：1.0%，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-Cu中间合金、纯Al锭、纯Mo、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、纯Be、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、纯La、Al-Ho中间合金；
(2)熔炼：在电阻炉中加入纯Mg锭、纯Al锭、纯Mo、纯Be、纯La，然后给电阻炉升温，当加入的上述金属块熔化时充入CO2/SF6混合气体保护，当电阻炉温度升至800℃时，加入Mg-Cu中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Pr中间合金、Mg-V中间合金、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Os中间合金、Al-Ho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，并在760℃静置保温30分钟后，得合金液；
(3)检样：用所得合金液浇铸一小块样品，检测熔炼质量，如果质量合格，将所述合金液调温到730℃扒渣，然后进行浇铸，如果质量较差，则再进行精炼处理；
(4)精炼：将熔炼炉温度升至810℃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10分钟，精炼完后在750℃保温静置8分钟，除杂质；
(5)制坯件：将熔融的镁合金精炼料浇铸到预热温度为380℃的铁模具中，浇铸温度为730℃；铸件规格为Ф80cm，长度为550cm；将铸件在460℃温度范围内进行28小时的固溶处理，然后进行水淬，将淬火后的铸件放入到230℃的电阻炉中人工时效36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90mm的厚板；道次压下量为50%，每8道次锻造后退火2h，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18mm薄板，轧辊速度为1.0 m/s；每道次轧制压下量为30%，每道次轧制后回炉退火，退火温度为470℃，退火时间为50分钟；
(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280℃，保温时间为50h；再在280℃进行第二次时效处理，时效时间为40h；
所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%碳酸钙，20%碳酸锰，50%碳酸镁。
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