CN104213008B - 一种高强度镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种新型高强度镁合金。其组成重量百分比为：钨钛合金为5%~35%，镁铝合金为65%~95%。钨钛合金的加入，改善了镁铝合金的固溶和时效行为，改善其组织和性能。其抗拉强度和屈服强度分别为（486~378）MPa和（400~320）MPa，相比镁铝合金的320MPa和269MPa，分别提高了52%~18%和48%~18%。

Description

一种高强度镁合金
技术领域
本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种高强度镁合金。
背景技术
镁合金因其高的比强度、比刚度而被公认为是对性能及能耗要求高的行业的优秀备选材料，如航天航空及交通运输业。但由于镁合金密排六方的晶体结构，使得目前镁合金的机械性能和塑性加工能力仍难以满足一些汽车零部件及其它方面应用的需求。为改善镁合金的性能，合金化对提高铸造镁合金和变形镁合金的机械性能都是行之有效的方法，铸件中微观组织的合金化能使溶质元素分布更加均匀，第二相更加细小，合金化还可以提高合金的挤压性能、轧制性能、抗热裂性能和表面光洁度等，并能降低变形镁合金加工件的生产成本。采用新的增强元素和特殊的材料复合制备工艺进一步提高镁合金的强度时镁合金材料发展的趋势。
Mg-Al系合金是应用最早、也是迄今为止牌号最多、应用最为广泛的一类镁合金，但这类镁合金结晶凝固温度范围较宽，晶粒有粗化的倾向，凝固过程中粗大的β-Mg17Al12相以离异共晶的方式沿晶界呈网状析出；合金元素Al是有效的固溶强化元素，且能改善合金的铸造性能。由于Al在Mg中的最大溶解度是在437℃时的W(Al)＝12.7％。温度降至室温时Al的溶解度只有大约W(Al)＝20％,随着温度降低，Mg-Al化合物；β-Mg18All9从α-Mg固溶体中析出。含Al较多的镁合金如AZ91、AM100等，尽管合金中Al的含量小于其溶解度极限(12.7％)，晶界上仍存在一些(α-Mg+β-Mg18All9共晶组织。导致合金的力学性能变差，极大地限制了Mg-Al系合金作为结构件在汽车、飞机等领域的应用。
钨钛合金是近期研究开发的热点材料，它具有稳定的热机械性能，不仅适合在大电流和高温环境下使用，而且还具有电子迁移率低、抗腐蚀性能高、化学稳定性好等特点。钨钛合金本身具有较强的载荷承受能力，高温条件下不与金属镁反应，二者之间可以很好的结合成键，又可以避免严重的界面反应。对于合金化增强镁的强度，钨钛合金是一种很好的增强材料。最常用的提高镁合金力学性能的方法是合金化。将钨钛合金和Mg-Al系合金复合可以得到一种高强度镁合金，该镁合金以钨钛合金为主要增强、增硬材料，材料的硬度和拉伸强度明显大于未改性的镁铝系合金。有关钨钛镁铝合金制备的研究未见国内外报道。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明提供一种高强度镁合金及其制备方法，本发明制备的镁合金克服了现有镁铝系合金性能差的缺陷，提高一种具有良好的结晶形态，超强的硬度的一种新型改性镁铝合金块状材料。
本发明所述的技术方案是通过以下措施来实现的：一种高强度镁合金，其组成重量百分比为：钨钛合金为5％～35％，镁铝合金为65％～95％。
所述的其组成重量百分比为：W68Ti32为10％～30％，镁铝合金为70％～90％。所述的其组成重量百分比为：W68Ti32为25％，镁铝合金为75％。所述的其组成重量百分比为：W68Ti32为28％，镁铝合金为72％。所述的钨钛合金为W68Ti32、W82Ti18、W98Ti2、W42Ti58、W18Ti72中的一种。所述的镁合金为Mg-4％Al、Mg-8％Al、Mg12％Al、Mg-16％Al、Mg-20％Al中的一种。制备高强度镁合金的方法，包括步骤如下：
(1)预热：将钨钛合金、镁铝合金在干燥箱中烘干预热至200℃；
(2)熔炼：预热的镁铝合金放入坩锅中加热至680℃熔化，同时通入保护性气体SF6与CO2，气体流量CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min，当熔炼炉内的温度接近750℃时，再加入钨钛合金，将温度升高到780℃后，进行第一次保温，保温时间为15min，然后进行第一次搅拌，搅拌时间2min；继续升温至800℃进行第二次保温，保温时间为25min，然后进行第二次搅拌，搅拌时间约为2min；再静置20min；
(3)浇注：当温度降低到700℃时开始进行浇入，模具温度为220℃，浇注成圆铸锭在空气中自然冷却。
本发明高强度镁合金的有益效果在于：
(1)钨钛合金的加入，改善了镁铝合金的固溶和时效行为，改善其组织和性能。其抗拉强度和屈服强度分别为(486～378)MPa和(400～320)MPa，相比镁铝合金的320MPa和269MPa，分别提高了52％～18％和48％～18％。
(2)钨钛合金加入到镁铝合金中形成了新相Al12W，细化了晶粒，改变了第二相β-Mg18All9的形貌。而晶粒细化对提高铸造镁合金和变形镁合金的机械性能都是行之有效的方法，铸件中微观组织的细化能使溶质元素分布更加均匀，第二相更加细小。晶粒细化还可以提高合金的挤压性能、轧制性能、抗热裂性能和表面光洁度等，并能降低变形镁合金加工件的生产成本。
(3)在晶界上富集的Al12W相在时效过程中阻碍了原子的扩散及β-Mg18All9在晶界的析出，使时效析出过程变慢，抑制了合金的再结晶过程，从而提高了镁铝合金的强度和硬度。
具体实施方式
本发明所用的干燥箱为101-3型干燥箱，熔炼炉为SG-9-10型电阻坩锅炉，不锈钢坩锅尺寸为Φ147x250mm，浇注模具尺寸为Φ63x135mm。
实施例1
(1)预热：将5gW68Ti32、95gMg-4％Al合金在干燥箱中烘干预热至200℃；
(2)熔炼：预热的95gMg-4％Al合金放入坩锅中加热至680℃熔化，同时通入保护性气体SF6与CO2，气体流量CO2：4L/min，SF6：0.04L/min，当熔炼炉内的温度接近750℃时，再加入5gW68Ti32，将温度升高到780℃后，进行第一次保温，保温时间为15min，然后进行第一次搅拌，搅拌时间2min；继续升温至800℃进行第二次保温，保温时间为25min，然后进行第二次搅拌，搅拌时间约为2min；再静置20min；
(3)浇注：当温度降低到700℃时开始进行浇入，模具温度为220℃，浇注成圆铸锭在空气中自然冷却。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为486MPa和400MPa。
实施例2
(1)预热：将35gW68Ti32、65gMg-4％Al合金在干燥箱中烘干预热至200℃；
(2)熔炼：预热的65gMg-4％Al合金放入坩锅中加热至680℃熔化，同时通入保护性气体SF6与CO2，气体流量CO2：4L/min，SF6：0.04L/min，当熔炼炉内的温度接近750℃时，再加入35gW68Ti32，将温度升高到780℃后，进行第一次保温，保温时间为15min，然后进行第一次搅拌，搅拌时间2min；继续升温至800℃进行第二次保温，保温时间为25min，然后进行第二次搅拌，搅拌时间约为2min；再静置20min；
(3)浇注：当温度降低到700℃时开始进行浇入，模具温度为220℃，浇注成圆铸锭在空气中自然冷却。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为378MPa和320MPa。
实施例3
(1)预热：将10gW68Ti32、90gMg-4％Al合金在干燥箱中烘干预热至200℃；
(2)熔炼：预热的90gMg-4％Al合金放入坩锅中加热至680℃熔化，同时通入保护性气体SF6与CO2，气体流量CO2：6L/min，SF6：0.07L/min，当熔炼炉内的温度接近750℃时，再加入90gW68Ti32，将温度升高到780℃后，进行第一次保温，保温时间为15min，然后进行第一次搅拌，搅拌时间2min；继续升温至800℃进行第二次保温，保温时间为25min，然后进行第二次搅拌，搅拌时间约为2min；再静置20min；
(3)浇注：当温度降低到700℃时开始进行浇入，模具温度为220℃，浇注成圆铸锭在空气中自然冷却。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为450MPa和390MPa。
实施例4
制备工艺条件及步骤如实施例1，不同在于：W82Ti18为10g,Mg-8％Al为90g。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为440MPa和380MPa。
实施例5
制备工艺条件及步骤如实施例2，不同在于：W98Ti2为30g,Mg-8％Al为70g。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为420MPa和360MPa。
实施例6
制备工艺条件及步骤如实施例2，不同在于：W42Ti58为25g,Mg-12％Al为75g。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为409MPa和348MPa。
实施例7
制备工艺条件及步骤如实施例3，不同在于：W18Ti72为28g,Mg-16％Al为72g。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为398MPa和338MPa。
实施例8
制备工艺条件及步骤如实施例3，不同在于：W18Ti72为22.5g,Mg-20％Al为77.5g。铸锭的抗拉强度和屈服强度分别为388MPa和326MPa。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种高强度镁合金，其特征在于，其组成重量百分比为：钨钛合金为5％～35％，镁铝合金为65％～95％；其中，钨钛合金为W68Ti32、W82Ti18、W98Ti2、W42Ti58、W18Ti72中的一种；镁合金为Mg-4％Al、Mg-8％Al、Mg12％Al、Mg-16％Al、Mg-20％Al中的一种。
2.如权利要求1所述高强度镁合金，其特征在于，其组成重量百分比为：W68Ti32为10％～30％，镁铝合金为70％～90％。
3.如权利要求1所述高强度镁合金，其特征在于，其组成重量百分比为：W68Ti32为25％，镁铝合金为75％。
4.如权利要求1所述高强度镁合金，其特征在于，其组成重量百分比为：W68Ti32为28％，镁铝合金为72％。
5.一种权利要求1所述高强度镁合金的制备方法，包括步骤如下：
(1)预热：将W68Ti32、镁铝合金在干燥箱中烘干预热至200℃；
(2)熔炼：预热的镁铝合金放入坩锅中加热至680℃熔化，同时通入保护性气体SF6与CO2，气体流量CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min，当熔炼炉内的温度为750℃时，再加入钨钛合金，将温度升高到780℃后，进行第一次保温，保温时间为15min，然后进行第一次搅拌，搅拌时间2min；继续升温至800℃进行第二次保温，保温时间为25min，然后进行第二次搅拌，搅拌时间为2min；再静置20min；
(3)浇注：当温度降低到700℃时开始进行浇入，模具温度为220℃，浇注成圆铸锭在空气中自然冷却。
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