CN104152767B - 一种高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过添加Se制备高塑性Mg‑Al‑Mn‑Se镁合金材料的技术。本发明的高塑性Mg‑Al‑Mn‑Se镁合金是由以下配比的组分组成(wt%)：5.5%~6.5%Al、0.13%~0.8%Zn、0.2%~1.2%Se、0.3%~0.6%Mn，其余为镁和不可避免杂质。最佳的合金成分配比为：6.0%Al、0.53%Zn、0.8%Se、0.4%Mn，其余为镁。其中，Mn是以Al‑10%Mn中间合金的形式加入。在AM60镁合金的基础上，通过一定的工艺，加入一定量的Se，在不明显降低合金强度和硬度的条件下，使得原Mg‑Al‑Mn镁合金的塑性得到明显的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过添加Se制备高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料的技术，属于金属材料类域。
背景技术
我国镁资源丰富，国内镁产量居世界首位。镁合金高比强度和刚度、减震性能和切削性能好，具有磁屏蔽性能、可回收性等优良提点，使得其近年来在工业上得到了越来越广泛的应用。其中，又以镁合金在汽车、3C等零部件中的应用为重点，满足了汽车、3C工业轻量化的要求。由于汽车、3C等零部件需要具有较高强度、刚度和较高塑性，并且要求耐磨、耐腐蚀、表面光洁度好，能在较恶劣的环境条件下使用，所以镁合金作为结构材料用于汽车、3C等行业一直是研究应用的热点。目前，挤压铸造以及变形镁合金的综合性能需要进一步提高，尤其是塑性有待进一步改善，以满足大变形以及高质量合金型材成形加工的要求。
发明内容
本发明针对目前Mg-Al-Mn系镁合金塑性偏低的状况，提供了一种铸造高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料的技术。本发明在Mg-Al-Mn系镁合金的基础之上，通过适当工艺加入适量的Se组元，Se与合金的组分反应形成一定的析出相，细化了合金晶粒，使得合金的伸长率大大提高。
本发明技术制得的镁合金与传统Mg-Al-Mn镁合金相比，合金伸长率得到明显提高，可达到10.5%~13.0%，提高了54%~100%，强度达到168MPa，硬度达到55HB,抗拉强度和布氏硬度变化不明显。采用所发明使用的制备工艺，合金液熔炼温度相对较低，Se的损耗少，合金液氧化程度轻，成分易于控制，制造成本低，提升了合金品质。
本发明的特点在于：
通过添加一定量的Se到Mg-Al-Mn镁合金中，一部分Se以固溶态存在，另一部分Se则与体系中的Al发生反应，以化合物的形式存在。生成的Al-Se化合物颗粒弥散分布在合金熔液中，形成大量的异质核心，基体Mg的初生相以Al-Se化合物作为形核核心而长大，因此，Se起到了变质细化Mg基体相的作用。Al-Se化合物和固溶态的Se改变了合金的晶粒度以及合金中析出相的生长。通过Se的细化作用，有效细化了合金晶粒尺寸，提高了合金伸长率。
本发明的高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金是由以下配比的组分组成(wt%)：5.5%~6.5%Al、0.13%~0.8%Zn、0.2%~1.2%Se、0.3%~0.6%Mn，其余为镁和不可避免杂质。最佳的合金成分配比为：6.0%Al、0.53%Zn、0.8%Se、0.4%Mn，其余为镁。其中，Mn是以Al-10%Mn中间合金的形式加入。
本发明的高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金的制备方法为：（1）以一定重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到200~300℃后放入上述原料，加热升温至740℃~750℃，待合金炉料完全熔化后，由于Se的沸点比较低，容易挥发，为减少Se在加入过程中的损耗，将熔体温度降低至625℃~645℃。
（2）熔体温度625℃~645℃时加入Zn和Se，搅拌均匀后，为提高金属液浇注的流动性，将合金液调至710℃~730℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:150-220的混合气体进行合金液的防氧化保护。
四、具体实施方式
实施例1
本发明实施例材料的组成配比(wt%)为：6.0%Al、0.2%Zn、0.3%Se、0.3%Mn，其余为镁和不可避免杂质，采取以下步骤制得：（1）以重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到250℃后放入上述原料，加热升温至740℃，待合金炉料完全熔化达到该温度后，为了减少Se在加入过程中的损耗，将熔体温度降低至635℃。
（2）熔体温度635℃时加入Zn和Se，搅拌均匀后，将合金液调至710℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的混合气体进行合金液的防氧化保护。
实施例2
本发明实施例材料的组成配比(wt%)为：6.0%Al、0.2%Zn、0.3%Se、0.6%Mn，其余为镁和不可避免杂质，采取以下步骤制得：（1）以重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到300℃后放入上述原料，加热升温至750℃，待合金炉料完全熔化达到该温度后，将熔体温度降低至640℃。
（2）熔体温度640℃时加入Zn和Se，搅拌均匀后，将合金液调至730℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的混合气体进行合金液的防氧化保护。
实施例3
本发明实施例材料的组成配比(wt%)为：6.0%Al、0.53%Zn、0.8%Se、0.4%Mn，其余为镁和不可避免杂质，采取以下步骤制得：（1）以以上重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到250℃后放入上述原料，加热升温至745℃，待合金炉料完全熔化后，将熔体温度降低至635℃。
（2）熔体温度635℃时加入Zn和Se。搅拌均匀后，将合金液调至720℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的混合气体进行合金液的防氧化保护。
实施例4
本发明实施例材料的组成配比(wt%)为：6.0%Al、0.8%Zn、1.2%Se、0.3%Mn，其余为镁和不可避免杂质，采取以下步骤制得：（1）以以上重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到200℃后放入上述原料，加热升温至740℃，待合金炉料完全熔化达到该温度后，将熔体温度降低至630℃。
（2）熔体温度630℃时加入Zn和Se。搅拌均匀后，将合金液调至710℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:150的混合气体进行合金液的防氧化保护。
实施例5
本发明实施例材料的组成配比(wt%)为：6.0%Al、0.8%Zn、1.2%Se、0.6%Mn，其余为镁和不可避免杂质，采取以下步骤制得：（1）以以上重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到200℃后放入上述原料，加热升温至750℃，待合金炉料完全熔化达到该温度后，将熔体温度降低至625℃。
（2）熔体温度625℃时加入Zn和Se。搅拌均匀后，将合金液调至710℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:150的混合气体进行合金液的防氧化保护。
选取与实施例合金组元相近且不加Se的AM60镁合金作为对比例，其合金成分为（wt%）：6.0%Al、0.15%Zn、0.4%Mn，其余为镁。对比例和实施例的力学性能对比结果如表1所示。结果表明，与对比例相比，本发明的高塑性镁合金的晶粒细化效果明显：Mg基体颗粒晶粒尺寸由122um最低降至21um，降低了82.8%；伸长率由6.5%最高升高至13.0%，提升了100%；抗拉强度在163MPa~168MPa范围内，硬度在52HB~55HB范围内，与对比例AM60镁合金的抗拉强度165MPa及硬度54HB相比，发明合金的强度和硬度没有明显变化，其中，实施例4所获得材料的塑性最高。
表1 本发明实施例和对比例合金的晶粒尺寸和力学性能
Claims (3)
1.一种通过添加Se制备的高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料，其特征在于，其重量组成成分为5.5%~6.5%Al、0.13%~0.8%Zn、0.2%~1.2%Se、0.3%~0.6%Mn，其余为镁和不可避免杂质，其具体制备方法如下：
（1）以一定重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到200~300℃后放入上述原料，加热升温至740℃~750℃，待合金炉料完全熔化后，由于Se的沸点比较低，为减少Se加入过程中的损耗，将熔体温度降低至625℃~645℃；
（2）熔体温度625℃~645℃时加入Zn和Se，搅拌均匀后，为提高金属液在浇注过程中的流动性，将合金液调至710℃~730℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的混合气体进行合金液的防氧化保护。
2.如权利要求1所述的高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料，其特征在于，最佳的合金成分配比为：6.0%Al、0.53%Zn、0.8%Se、0.4%Mn，其余为镁和不可避免杂质。
3.如权利要求1所述的高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）以一定重量配比的Al锭、Al-10%Mn中间合金和镁锭为原料，待钢坩埚预热到200~300℃后放入上述原料，加热升温至740℃~750℃，待合金炉料完全熔化后，由于Se的沸点比较低，为减少Se加入过程中的损耗，将熔体温度降低至625℃~645℃；
（2）熔体温度625℃~645℃时加入Zn和Se，搅拌均匀后，为提高金属液在浇注过程中的流动性，将合金液调至710℃~730℃，静置10~20分钟后，浇注在预热的铁模具中凝固成形，制得高塑性Mg-Al-Mn-Se镁合金材料，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的混合气体进行合金液的防氧化保护。
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