CN104789842A

CN104789842A - 一种耐高温高强度镁合金的制备方法

Info

Publication number: CN104789842A
Application number: CN201510150595.3A
Authority: CN
Inventors: 朱宏喜; 陈君; 张清
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: CN104789842B

Abstract

一种耐高温高强度镁合金的制备方法，各元素的质量百分比为4-6%的Al、0.2%的V、0.4-0.7%的Bi、0.2%的Si、0.2%的C、0.4%的Ca、0.2-0.5%的Ti、0.8%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg；先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Mg-Bi、Mg-Ca和Mg-Ti预热后熔炼到760-780℃，加入SiC继续熔炼20min，浇铸成铸锭后冷却至常温；之后将铸锭加热至260℃，以0.5-0.8m/min的速度挤压，将铸锭置于400℃条件下保温处理120-180min，冷却后即完成制造。多种成分协同作用起到细化晶粒的效果，使制得的镁合金材料具有良好的耐高温性能和抗拉强度。

Description

一种耐高温高强度镁合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金的制造工艺，具体的说是一种耐高温高强度镁合金的制备方法。

背景技术

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小，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。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。其主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业领域。随着汽车行业的轻量化，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，镁合金的进一步广泛应用将必然趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备在高温条件下具有高强度性能的镁合金的方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温高强度镁合金的制备方法，所述镁合金的组成元素由Mg、Al、V、Bi、Si、C、Ca、Ti、Ag和Zn组成，各元素的质量百分比为4—6%的Al、0.2%的V、0.4—0.7%的Bi、0.2%的Si、0.2%的C、0.4%的Ca、0.2—0.5%的Ti、0.8%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg；具体制备方法为：按照所述各元素的质量百分比取Mg、Al、SiC、Ag、Zn、V以及中间合金Mg-Bi、Mg-Ca、Mg-Ti为原料，先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Mg-Bi、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160—190℃，之后置于熔炼炉中于保护气氛下进行熔炼，当熔炼炉内原料温度达到760—780℃时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680℃，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260℃，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10%—15%后，将铸锭置于400℃条件下保温处理120—180min，冷却后即完成制造。

本申请的有益效果是：通过原料中各成分的相互作用，形成稳定的高温强化相，并抑制时效组织中非连续相析出，同时多种成分协同作用起到细化晶粒的效果，使制得的镁合金材料具有良好的耐高温性能和抗拉强度，而挤压后再进行保温处理，则使得材料的晶粒进一步细化，从而进一步提高了材料的各项性能，其200℃抗拉伸强度达到238MPa，伸长率可达到17%。

具体实施方式

本申请的镁合金，以Mg、Al、SiC、Ag、Zn、V以及中间合金Mg-Bi、Mg-Ca、Mg-Ti为原料，在制备该镁合金时，可先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Mg-Bi、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160—190℃，之后置于熔炼炉中于保护气氛下进行熔炼。具体方法为：把炉料和坩埚预热，当炉子底部温度达到420—460℃左右时，把准备好的Mg原料放入坩埚中，在保护气氛下使Mg熔化后，先加入中间合金Mg-Bi、Mg-Ca、Mg-Ti，再加入Al、Ag、Zn、V进行熔炼。当熔炼炉内原料温度达到760—780℃时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680℃，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260℃，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10%—15%后，将铸锭置于400℃条件下保温处理120—180min，冷却后即完成制造。制造成的镁合金的组成元素由Mg、Al、V、Bi、Si、C、Ca、Ti、Ag和Zn组成，各元素的质量百分比为4—6%的Al、0.2%的V、0.4—0.7%的Bi、0.2%的Si、0.2%的C、0.4%的Ca、0.2—0.5%的Ti、0.8%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg。

在本申请镁合金材料中，Al是合金中的重要元素，起到明显的强化作用。其强化效果一是通过Mg₁₇Al₁₂相强化，二是Al原子在镁基体中的固溶强化。但过多的Mg₁₇Al₁₂相易导致材料软化。Ti的加入可以提高合金的铸造性能和抗热裂性能。Ti在液态Mg中的溶解度很低，合金凝固时Ti将在固液界面前沿高度富集，抑制Al元素在Mg熔液中扩散，阻碍β- Mg₁₇Al₁₂相的生成及长大，从而细化晶相并提高了材料的强度。Bi除固溶于合金形成金属化合物Mg₃Bi₂外，还可形成Mg₁₇(Al,Bi)₁₂，Bi偏聚于晶界，抑制Al在晶界的偏聚，从而有效地抑制了时效组织中非连续析出相的形成，促进了连续沉淀相Mg₁₇(Al,Bi)₁₂的析出，提高了析出相的热稳定性，从而有助于改善合金的高温力学性能。本申请选择在熔炼过程中加入SiC，所加入的SiC中的一部分由于富集而在晶界析出，同时SiC与Al反应置换出的C和Al元素及O元素在晶界处生成弥散的Al₄C₂或Al₂OC，在晶界处提到钉扎的作用，从而细化晶粒。并且生成的Al₄C₂增加了异质核心的数量，也起到了细化晶粒的作用。SiC中的C被置换出后，Si与Mg、Al等元素形成稳定的晶相结构，从而提高合金的耐高温性能和拉伸强度。Ca能够使合金表面能形成由CaO/MgO组成的混合结构，这种结构的氧化膜致密，可降低镁在高温下的氧化速度，并且具有明显的细化晶粒的作用。当Ag溶入Mg中后，间隙式固溶原子造成非球形对称畸变，从而产生很强的固溶强化效果和实效强化效果。Ag使原子扩散变慢，阻碍时效析出相长大，提高合金抗拉伸强度和屈服强度。Zn可提高合金的抗蠕变性能，可增加熔体的流动性，并细化晶粒。所加入的V与Al生成熔点较高的Al₃V相，在合金的凝固过程中随温度的降低会先于其它相聚集在固液界面前沿，阻碍固液界面的迁移，除了起到细化晶粒的作用外，Al₃V相还能够强化晶界，使接近晶粒界面处产生阻碍晶粒变性的区域，增加变形抗力，从而使合金硬度增加。铸造后的挤压过程使得合金中的结构发生偏移，晶粒得到进一步细化，并且使合金的延展性和加工性能得到明显提高。

Claims

1.一种耐高温高强度镁合金的制备方法，其特征在于：所述镁合金的组成元素由Mg、Al、V、Bi、Si、C、Ca、Ti、Ag和Zn组成，各元素的质量百分比为4—6%的Al、0.2%的V、0.4—0.7%的Bi、0.2%的Si、0.2%的C、0.4%的Ca、0.2—0.5%的Ti、0.8%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg；具体制备方法为：按照所述各元素的质量百分比取Mg、Al、SiC、Ag、Zn、V以及中间合金Mg-Bi、Mg-Ca、Mg-Ti为原料，先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Mg-Bi、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160—190℃，之后置于熔炼炉中于保护气氛下进行熔炼，当熔炼炉内原料温度达到760—780℃时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680℃，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260℃，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10%—15%后，将铸锭置于400℃条件下保温处理120—180min，冷却后即完成制造。