CN104313436A - 一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35-0.45%，Al：5.3-6.3%，Co：1.2-2.2%，Os：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Li：0.5-1.0%，K：0.35-0.55%，Ba：0.45-0.654%，Hf：1.2-1.4%，Er：0.5-1.5%，Mn：2.1-3.2%，B：0.2-0.4%，Mo：0.8-1.0%，C：0.25-0.35%，余量为Mg。本发明还提出该高硬度抗磨损镁合金工件的制备方法。本合金具有良好的硬度及抗磨损性能。

Description

一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，尤其是一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法。

背景技术

镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场，特别是在全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下，镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥，镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。同时得益于中国汽车工业和3C等行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。其中，汽车行业的轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展，以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步，对促使镁合金的广泛应用将是利好消息。但面临国际镁金属材料的高速发展，我国作为镁资源生产和出口大国，对镁合金开展深入研究和应用前期开发工作意义重大。然而由于镁合金工艺复杂，成本高，机械加工困难，绝对强度低，室温变形能力较差，易氧化燃烧、易腐蚀等缺陷，限制了其作为结构材料的广泛应用，目前镁合金的应用远不如铝合金广泛。因此，提高镁合金硬度及抗磨损的性能使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点，同时高强度镁合金开发对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法，该工艺方法成本低且简便易行，获得的镁合金具有较高的硬度和良好的抗磨损使得此类镁合金具有比传统商业镁合金优越的力学性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35-0.45%，Al：5.3-6.3%，Co：1.2-2.2%，Os：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Li：0.5-1.0%，K：0.35-0.55%，Ba：0.45-0.654%，Hf：1.2-1.4%，Er：0.5-1.5%，Mn：2.1-3.2%，B：0.2-0.4%，Mo：0.8-1.0%，C：0.25-0.35%，余量为Mg。

更进一步地，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35%，Al：5.3%，Co：1.2%，Os：3.65%，Ca：0.9%，Li：0.5%，K：0.35%，Ba：0.45%，Hf：1.2%，Er：0.5%，Mn：2.1%，B：0.2%，Mo：0.8%，C：0.25%，余量为Mg。

另外，还提供一种所述的镁合金的制备方法，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- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合金；

(2)熔化：采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为980℃～1100℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然后进行一次除渣；

 (3)精炼：使熔炼炉升温至1100℃～1200℃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900℃～950℃保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15％纳米碳酸盐吸附剂；余量为KCl；

(4)挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320℃～340℃的铁模具中，浇铸温度为900℃～1000℃，压强为100MPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件；

(5)制坯件：将镁合金铸件进行温度为900℃～950℃，时长为42小时的均化处理得镁合金坯件；

(6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1100℃～1200℃，保温时间为60小时；再在1000℃～1100℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在900℃～1000℃进行第三次时效处理，时效时间为30小时。

本发明的有益效果在于：该高硬度抗磨损镁合金工件简便的热处理工艺使整个制备过程简单化，从而降低成本，且制得镁合金不仅性价比高，同时原料中的硼及碳及钾成份使所制得镁合金具有良好的机械特性、抗磨损性能及更高的硬度等优点。

具体实施方式

实施例1

一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35%，Al：5.3%，Co：1.2%，Os：3.65%，Ca：0.9%，Li：0.5%，K：0.35%，Ba：0.45%，Hf：1.2%，Er：0.5%，Mn：2.1%，B：0.2%，Mo：0.8%，C：0.25%，余量为Mg。

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- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合金；

(2)熔化：采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为980℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然后进行一次除渣；

 (3)精炼：使熔炼炉升温至1100℃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900℃保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15％纳米碳酸盐吸附剂；余量为KCl；

(4)挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320℃的铁模具中，浇铸温度为900℃，压强为100MPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件；

(5)制坯件：将镁合金铸件进行温度为900℃，时长为42小时的均化处理得镁合金坯件；

(6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1100℃，保温时间为60小时；再在1000℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在900℃进行第三次时效处理，时效时间为30小时。

实施例2：

一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：40%，Al：5.8%，Co：1.7%，Os：3.7%，Ca：0.95%，Li：0.75%，K：0.45%，Ba：0.55%，Hf：1.3%，Er：1.0%，Mn：2.7%，B：0.3%，Mo：0.9%，C：0.30%，余量为Mg。

所述的镁合金的制备方法，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- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合金；

(2)熔化：采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为1040℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然后进行一次除渣；

 (3)精炼：使熔炼炉升温至1150℃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930℃保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15％纳米碳酸盐吸附剂；余量为KCl；

(4)挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为330℃的铁模具中，浇铸温度为950℃，压强为100MPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件；

(5)制坯件：将镁合金铸件进行温度为930℃，时长为42小时的均化处理得镁合金坯件；

(6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1150℃，保温时间为60小时；再在1050℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在950进行第三次时效处理，时效时间为30小时。

实施例3：

一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.45%，Al：6.3%，Co：2.2%，Os：3.75%，Ca：1.0%，Li：1.0%，K：0.55%，Ba：0.654%，Hf：1.4%，Er：1.5%，Mn：3.2%，B：0.4%，Mo：1.0%，C：0.35%，余量为Mg。

所述的镁合金的制备方法，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- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合金；

(2)熔化：采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为1100℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然后进行一次除渣；

 (3)精炼：使熔炼炉升温至1200℃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950℃保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15％纳米碳酸盐吸附剂；余量为KCl；

(4)挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为340℃的铁模具中，浇铸温度为1000℃，压强为100MPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件；

(5)制坯件：将镁合金铸件进行温度为950℃，时长为42小时的均化处理得镁合金坯件；

(6)时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1200℃，保温时间为60小时；再在1100℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在1000℃进行第三次时效处理，时效时间为30小时。

实施例1-3得到的合金的性能列于下表

注：常规镁合金的抗拉强度为300MPa,屈服强度为200MPa，延伸率为8%

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (3)

1.一种高硬度抗磨损镁合金工件，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35-0.45%，Al：5.3-6.3%，Co：1.2-2.2%，Os：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Li：0.5-1.0%，K：0.35-0.55%，Ba：0.45-0.654%，Hf：1.2-1.4%，Er：0.5-1.5%，Mn：2.1-3.2%，B：0.2-0.4%，Mo：0.8-1.0%，C：0.25-0.35%，余量为Mg。

2.如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35%，Al：5.3%，Co：1.2%，Os：3.65%，Ca：0.9%，Li：0.5%，K：0.35%，Ba：0.45%，Hf：1.2%，Er：0.5%，Mn：2.1%，B：0.2%，Mo：0.8%，C：0.25%，余量为Mg。

3.一种如权利要求1所述的镁合金的制备方法，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- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合金；

(2)熔化：采用体积比为CO2:SF6＝100:3的CO2/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为980℃～1100℃，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然后进行一次除渣；

 (3)精炼：使熔炼炉升温至1100℃～1200℃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900℃～950℃保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15％纳米碳酸盐吸附剂；余量为KCl；

(4)挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320℃～340℃的铁模具中，浇铸温度为900℃～1000℃，压强为100MPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件；

(5)制坯件：将镁合金铸件进行温度为900℃～950℃，时长为42小时的均化处理得镁合金坯件；

(6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1100℃～1200℃，保温时间为60小时；再在1000℃～1100℃下进行第二次时效处理，时效时间为40h；最后在900℃～1000℃进行第三次时效处理，时效时间为30小时。