CN105603283B - 一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，合金成分:Zn为5.5%，Zr为0.6%，其余为Mg及不可去除的杂质。在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，依次加入锌锭、经预热的 Mg‑30%Zr 中间合金；熔体经精炼和静置降温后在励磁电压不高于120V的电磁搅拌条件下浇铸；接下来对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理；对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度300℃‑400℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150‑250℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；得到的镁合金在室温下的延伸率为17.28%—20.8%，屈服强度为287Mpa—308MPa，抗拉强度为361MPa—388Mpa；经大量的实验可得最优工艺参数为：励磁电压90V、坯料表面温度350℃，温度差为150℃，此时变形镁合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa。

Description

一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法
技术领域
本发明涉及镁合金加工领域，特别涉及一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法。
背景技术
镁合金作为最轻的工程金属材料，具有比强度高，刚性优良，密度小的特点。在航天、汽车、生物医药等领域应用十分广泛。同时镁合金存在着一些缺陷：由于镁合金的密排六方结构，其滑移系较少，在室温下塑性变形能力差，易脆性断裂。因此，镁合金不能满足实际需求，但经过二次加工的变形镁合金，其综合力学性能得到改善。
通常来讲，晶粒细化能显著提升镁合金的强度和塑性。通常在镁合金浇铸过程利用过热处理法、碳质孕育法、添加稀土元素等方法来调控镁合金晶粒尺寸。虽然添加稀土元素能提升镁合金的强度，但是稀土镁合金的塑性较差。本发明提出在在镁合金浇铸过程中施加螺旋磁场，促使合金元素在熔体内均匀分布，加剧合金熔体的流动，细化晶粒，显著减少镁合金的铸造缺陷，显著提高合金的微观硬度和力学性能。在镁合金的固态成形中通常使用热挤压、反复挤压、大比率挤压等方法来细化合金晶粒，虽然能提升镁合金的强度和塑性，但是工艺繁琐需要多次挤压，成本高，存在变形不均匀现象。本发明提出的温差挤压工艺，工艺简单，只需进行一次挤压，而且合金组织变形均匀，晶粒明显细化，显著提升变形镁合金的韧性和强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法。本发明提供一种变形镁合金,由以下质量百分含量的组分组成: Zn为5.5%，Zr为0.6%,其余为Mg及不可去除的杂质。本发明经过大量的实验探索出该镁合金的温差挤压成形方法。该成形方法是镁合金经熔炼后，在螺旋磁场搅拌条件下浇铸，随后进行均匀化处理，然后对铸锭进行温差挤压。
本发明涉及一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，以下步骤：1．在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，升温至 740-760℃加入锌锭，升温至 780-800℃加入经预热的 Mg-30%Zr 中间合金，熔炼期间充分搅拌。2．熔体降温至 750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后升温至780-800℃，静置30min后，在励磁电压不高于120V的电磁搅拌条件下浇铸。3．随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理，均匀化处理时铸锭用铝箔包裹并覆盖氧化镁。4．接下来对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度300℃-400℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150-250℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s。5．经温差挤压得到的镁合金在室温下的延伸率为17.28%—20.8%，屈服强度为287Mpa—308MPa，抗拉强度为361MPa—388Mpa。最优工艺参数为：经大量的实验可得最优工艺参数为：励磁电压90V、坯料表面温度350℃，温度差150℃，此时变形镁合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa。
本发明的优点在于：
由于镁合金特殊的晶体结构，普通的热挤压难以对镁合金晶粒高效率细化。本发明通过大量的实验探索出，在熔剂保护的熔炼条件下，将工业纯镁完全熔化后，依次加入铝锭,加入经预热的 Mg-30%Zr 中间合金；熔体经精炼和静置降温后在磁场电压不高于120V的励磁磁场搅拌条件下浇铸；随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理；对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度300℃-400℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150-250℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；得到的镁合金在室温下的延伸率17.28%—20.8%，屈服强度287Mpa—308MPa，抗拉强度361MPa—388Mpa；经大量的实验可得最优工艺参数为：励磁电压90V、坯料表面温度350℃，温度差150℃，此时变形镁合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa。
在镁合金浇铸过程中施加螺旋磁场，加剧了强韧化变形镁合金的不平衡凝固，增加了溶质元素在晶体内部的固溶度而减少在晶界的析出，促进了合金元素均匀分布，减少偏析，显著减少了铸造缺陷，同时随着励磁电压的增加，第二相粒子得到明显细化，分布更加均匀，提高了合金的微观硬度和力学性能。
温差挤压工艺得到的强韧化变形镁合金显微组织大小和分布得到很大改善，组织显著细化且分布更加均匀。晶粒细化后激活了非基面滑移和晶界滑移，孪生变形得到抑制，使得合金塑性大幅提高。温差挤压工艺使得合金组织发生了完全再结晶，再结晶晶界以大角度晶界为主，温差挤压后大角度晶界数量增多，促进了晶界滑移而使得韧性提高。
附图说明
图1产品宏观照片。
图2坯料表面温度 350 ℃，温度差 150℃时不同励磁电压下制备的强韧化变形镁合金温差挤压后的力学性能。
具体实施方式
本发明通过调节以上工艺参数，做了大量的对比实验，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，实施例仅是对本发明的进一步阐释，而不是限制。在本发明基本思路下进行的简单改进，属于本发明需要保护的范畴。
实施例1
本发明提供一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，合金成分: Zn为5.5%，Zr为0.6%，其余为Mg及不可去除的杂质。在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，升温至 740-760℃加入锌锭，升温至 780-800℃加入经预热的 Mg-30%Zr 中间合金，熔炼期间充分搅拌；熔体降温至 750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后升温至 780-800℃静置 30min，然后在励磁电压为60V的电磁搅拌条件下浇铸；随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理，均匀化处理时铸锭用铝箔包裹并覆盖氧化镁；然后对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度350℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150℃，挤压比为25:1，挤压速度2mm/s；根据国标GB／T228–2002对经螺旋磁场制备，温差挤压加工的镁合金进行力学性能测试结果见表1。
实施例2本发明提供一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，合金成分: Zn为5.5%，Zr0.6%，其余为Mg及不可去除的杂质。在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，升温至 740-760℃加入锌锭，升温至 780-800℃加入经预热的 Mg-30%Zr 中间合金，熔炼期间充分搅拌；熔体降温至 750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后升温至 780-800℃静置 30min，然后在励磁电压为90V的电磁搅拌条件下浇铸；随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理，均匀化处理时铸锭用铝箔包裹并覆盖氧化镁；然后对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度350℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；根据国标GB／T228–2002对经螺旋磁场制备，温差挤压加工的镁合金进行力学性能测试结果见表1。
实施例3本发明提供一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，合金成分: Zn为5.5%，Zr为0.6%，其余为镁及不可去除的杂质。在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，升温至 740-760℃加入锌锭，升温至 780-800℃加入经预热的 Mg-30%Zr 中间合金，熔炼期间充分搅拌；熔体降温至 750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后升温至 780-800℃静置 30min后，在励磁电压为120V的电磁搅拌条件下浇铸；随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理，均匀化处理时铸锭用铝箔包裹并覆盖氧化镁；然后对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度350℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；根据国标GB／T228–2002对经螺旋磁场制备，温差挤压加工的镁合金进行力学性能测试结果见表1。
结合本发明的3个实施例分析：励磁电压90V、坯料表面温度350℃、坯料心部温度200℃，温度差是150℃是制备及成形强韧化变形镁合金的最佳工艺参数。在此工艺参数制备的强韧化变形镁合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa
表1。

Claims (2)

1.一种制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，其特征在于：合金成分:Zn为5.5%，Zr为0.6%，其余为Mg及不可去除的杂质；在高纯氩气保护下熔炼，将工业纯镁完全熔化后，升温至740-760℃加入锌锭，升温至780-800℃加入经预热的Mg-30%Zr中间合金，熔炼期间充分搅拌；熔体降温至750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后升温780-800℃，静置30min后，在励磁电压不高于120V的电磁搅拌条件下浇铸；随后对铸锭进行12h、380℃的均匀化处理，均匀化处理时铸锭用铝箔包裹并覆盖氧化镁；对铸锭进行温差挤压，工艺参数：表面温度300℃-400℃，坯料表面温度高于心部温度，温差150-250℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；得到的镁合金在室温下的延伸率为17.28%—20.8%，屈服强度为287MPa—308MPa，抗拉强度为361MPa—388MPa。
2.根据权利要求1所述制备及成形高强高韧变形镁合金的方法，其特征在于：经大量的实验可得最优工艺参数：励磁电压90V、坯料表面温度350℃，温度差150℃，此时变形镁合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa。
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