CN105821226B - 一种制备az31‑re变形镁合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备AZ31‑RE变形镁合金的方法，涉及合金技术领域。该方法包括以下步骤：a.将第一屑料与第二屑料混合，然后冷压，得到坯料；第一屑料为AZ31镁合金的屑料，第二屑料为Mg‑RE中间合金的屑料，第一屑料与第二屑料的质量比为4～299:1；冷压的方法为：在180～350MPa下压制20～60s；b.对坯料进行热挤压，然后冷压；热挤压包括将所述坯料在350～400℃下保温10～20min；冷压的方法为：在300～400MPa下压制20～60s；c.重复至少一次步骤b，然后再次进行步骤b的热挤压。本发明提供的制备AZ31‑RE变形镁合金的方法能够有效减少原料的氧化，降低原料烧损率，而且能够有效的降低对环境的污染。

Description

一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体而言，涉及一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法。

背景技术

AZ31是镁合金中应用最广泛的变形镁合金，其具有细小致密的组织、高的强度和好的延展性，适合于塑性变形加工，如挤压、冲压、轧制、锻造、拉拔等，其在汽车、国防军工、航空、航天、电子等工业领域有着显著的优势，显示出极大的应用前景。

AZ31镁合金的合金元素含量较低，第二相Mg₁₇Al₁₂数量少，无法通过热处理强化。通常通过加入稀土Nd、Ce、Y、La等元素来提高AZ31镁合金的性能，即制备AZ31-RE变形镁合金。加入稀土元素后，在AZ31镁合金中，稀土元素能够与Mg、Al以及其它合金元素(如Zn、Zr、Mn)生成镁稀土强化相和稳定相，如此，不仅能够提高合金的室温力学性能，而且在高温时能钉扎晶内位错和晶界滑移，显著改善了合金高温力学性能。此外，稀土加入AZ31镁合金中，还能促进合金表面氧化膜由疏松变为致密，降低合金在液态和固态下的氧化倾向，提升合金的耐蚀性、耐磨性等。由于AZ31镁合金中加入稀土元素后，综合性能得到大大提高，所以含有稀土元素的AZ31-RE变形镁合金广受欢迎。

而目前，AZ31-RE变形镁合金的制备方法都是先采用熔化精炼法加入稀土元素，再塑性加工成形。然而，在熔化精炼过程中，需要添加覆盖剂、精炼剂或者其它气氛进行特殊保护，如此，就会导致大量的材料被氧化和烧损，大量的镁残留在废渣中，稀土元素原始添加量和实际产品含量不一致。而且，熔化设备的精度要求高，安全系数低，对环境污染也严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，此方法能够有效减少原料的氧化，降低原料烧损率，而且能够有效的降低对环境的污染。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：

a.将第一屑料与第二屑料混合，然后冷压，得到坯料；

第一屑料为AZ31镁合金的屑料，第二屑料为Mg-RE中间合金的屑料，第一屑料与第二屑料的质量比为4～299:1；

冷压的方法为：在180～350MPa下压制20～60s；

b.对坯料进行热挤压，然后冷压；

热挤压包括将坯料在350～400℃下保温10～20min；

冷压的方法为：在300～400MPa下压制20～60s；

c.重复至少一次步骤b，然后再次进行步骤b的热挤压。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述第一屑料的大小为(0.01～13)mm×(0.01～5.9)mm×(0.01～1.65)mm。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述第二屑料的大小为(0.01～5.5)mm×(0.01～2.5)mm×(0.01～1.55)mm。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，坯料以10～20℃/min的速度加热至350～400℃。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，热挤压的挤压条件为：挤压速度为0.2～0.5mm/s，挤压比为25～35:1。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，在热挤压之后，在冷压之前，还包括：将坯料切割成长度为5～20mm的短合金棒材。

优选地，在本发明较佳实施例中，AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1～4％。

优选地，在本发明较佳实施例中，上述Mg-RE中间合金中，稀土元素为镧系元素、钪、钇中的一种或多种。

相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：本发明通过在固相温度区间进行塑性加工，来制得AZ31-RE变形镁合金。制备过程中，只需要将原料屑料进行形变处理，而无需往原料中添加助剂、进行熔化处理，如此，本发明提供的方法就能够有效降低甚至避免原料的氧化(特别是镁的氧化)或烧损，降低镁的残留率以及工业废料的产生概率，其中稀土元素原始添加量和实际产品含量一致，实收率达100％，整个制备方法环保节能，而且能够降低生产成本。

另外，在利用本发明提供的制备方法制备AZ31-RE变形镁合金的过程中，由于经过多次冷压、热挤压处理，AZ31镁合金塑性变形较大，材料进行回复和再结晶，所以晶粒得到显著细化，而稀土元素的弥散强化，使得AZ31-RE变形镁合金中生成镁稀土强化相和稳定相，进一步提高了合金的性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法中使用的冷压模具的剖视示意图；

图2是本发明实施例一提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法中使用的挤压模具的剖视示意图。

其中，附图标记汇总如下：

冷压模具100；挤压模具200；

冷压冲头101；冷压内套筒102；冷压套筒103；压垫104；

挤压冲头201；挤压内套筒202；挤压套筒203；型模204。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的制备AZ31-RE变形镁合金的方法进行具体说明。

制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：

步骤a：将第一屑料与第二屑料混合，然后冷压，得到坯料；

第一屑料为AZ31镁合金的屑料，第二屑料为Mg-RE中间合金的屑料，第一屑料与第二屑料的质量比为4～299:1；冷压的方法为：在180～350MPa下压制20～60s。

在步骤a之前，还可以包括预处理：对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工。可以利用车床或铣床将AZ31镁合金加工成大小为(0.01～13)mm×(0.01～5.9)mm×(0.01～1.65)mm的第一屑料，可以利用车床或铣床将Mg-RE中间合金加工成大小为(0.01～5.5mm)×(0.01～2.5)mm×(0.01～1.55)mm的第二屑料。经过前期加工，使AZ31镁合金和Mg-RE中间合金成为细碎的屑料，上述大小程度的第一屑料、第二屑料能够保证压制成型的可实施性和便利性。

上述第一屑料的大小优选为(0.01～6)mm×(0.01～4.5)mm×(0.01～0.12)mm、(1.6～13)mm×(0.8～3.5)mm×(0.12～0.5)mm和(3.5～8)mm×(2.3～5.9)mm×(0.5～1.65)mm。

在将第一屑料与第二屑料混合后，在冷压之前，可以进行进一步的破碎研磨，优选利用球磨机来实现。球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。进一步的破碎研磨能够细化物料，有助于后期的冷压成型。球磨机的筒体中还可以装入直径为20～40mm的钢球作为研磨介质，帮助研磨，钢球的装入量可以为整个筒体有效容积的20～30％。

上述步骤中的冷压的方法为：在180～350MPa下压制20～60s。操作时，先将冷压模具组合好，然后将混合后的第一屑料和第二屑料装入冷压模具的冷压内套筒中，进行冷压。冷压是在室温下以一定的压力压合屑料、排除其中空气，以制得坯料的方法。

Mg-RE中间合金的“RE”表示稀土元素，稀土元素为镧系元素、钪、钇中的一种或多种。

制备AZ31-RE变形镁合金的方法包括步骤b：对坯料进行热挤压，然后冷压；热挤压包括将坯料在350～400℃下保温10～20min；冷压的方法为：在300～400MPa下压制20～60s。

上述步骤中，坯料以10～20℃/min的速度加热至350～400℃。热挤压的挤压条件为：挤压速度为0.2～0.5mm/s，挤压比为25～35:1。在进行热挤压时，可以先将挤压模具组合好，接着将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装入了坯料的挤压模具放入电阻炉中逐渐加热，在保温时间足够后，快速的取出挤压模具，将其放置于挤压机工作台上，以0.2～0.5mm/s的挤压速度、25～35:1的挤压比将坯料挤压成合金棒。

在步骤b中，在热挤压之后，在冷压之前，还包括：将热挤压后的合金棒捆绑成捆，然后切割成长度为5～20mm的短合金棒材。在热挤压之后，合金棒可能较长，此种短切处理，能够方便后续操作，将短合金棒材放置在一起，有利于冷压成型。

而步骤b中的冷压的方法为：在300～400MPa下压制20～60s。同样，操作时也可以先将冷压模具组合好，然后将短合金棒材放入冷压模具的冷压内套筒中，进行压制。

制备AZ31-RE变形镁合金的方法包括步骤c：重复至少一次步骤b，然后再次进行步骤b的热挤压。

步骤c中的操作有利于制得组织均匀、性能好的AZ31-RE变形镁合金。

本发明可以充分利用现有市场可购的球磨机、压力机、挤压机、冷压模具、挤压模具来完成整个操作，易于得到，使用方便，有利于本发明的实施。但上述制备方法中所提到的机械设备均不作为限制，也可以选用其它的设备。

制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1～4％。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：

实施例一

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的过程中使用了冷压模具100和挤压模具200，参见图1和图2。其中，冷压模具100包括冷压冲头101、冷压内套筒102、冷压套筒103和压垫104；挤压模具200包括挤压冲头201、挤压内套筒202、挤压套筒203和型模204。冷压冲头101的直径比挤压冲头201的直径小4mm，冷压内套筒102的内径比挤压内套筒202的内径小4mm。

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：

a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工：利用车床将AZ31镁合金加工成大小为5mm×3mm×0.8mm的第一屑料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为3mm×1.5mm×0.7mm的第二屑料，Mg-RE中间合金的稀土的质量百分含量为20％，RE为钕(Nd)、铈(Ce)、钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、钆(Gd)和钐(Sm)，第一屑料与第二屑料的质量比为4:1；

b.球磨机上研磨混料：按照配比，将AZ31镁合金屑料和Mg-RE中间合金屑料在球磨机上破碎研磨，制得含稀土的混合屑料；

c.冷压混合屑料：将冷压模具100组合好，然后将混合屑料放入冷压模具100的冷压内套筒102中，在260MPa下压制40s，得到坯料；

d.挤压成型：将挤压模具200组合好，将坯料放入挤压模具200的挤压内套筒202中，然后将装入了坯料的挤压模具200放置于电阻炉中，以15℃/min的速度加热，直至温度为380℃，再保温15min；

接着将挤压模具200快速取出，放到挤压机工作台上，以0.35的挤压速度、30:1的挤压比进行挤压，得到合金棒；

e.合金棒的机械加工：将合金棒捆绑成捆，然后将成捆的合金棒切割成长度为13mm的短合金棒材；

f.冷压短合金棒材：将冷压模具100组合好，将短合金棒材放入冷压模具100的冷压内套筒102中，在350MPa下压制40s；

g.重复步骤d、步骤e和步骤f，然后再重复步骤d。

制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为4％。

实施例二

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中步骤a的AZ31镁合金加工的大小不同于实施例一，其余步骤均与实施例相同。本实施例中，AZ31镁合金加工的大小为3mm×2.2mm×0.5mm。

实施例三

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中第一屑料与第二屑料的质量比与实施例一不同，其余步骤均与实施例相同。本实施例中，第一屑料与第二屑料的质量比为99.5:0.5，制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1％。

实施例四

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中步骤b中，球磨机筒体内装入直径为30mm的钢球作为研磨介质，装入量为整个球磨机筒体有效容积的25％，这一点与实施例一不同，其余步骤均与实施例相同。

实施例五

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：

a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工：利用车床将AZ31镁合金加工成大小为0.01mm×5.9mm×0.01mm的第一屑料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为0.01mm×2.5mm×0.01mm的第二屑料，Mg-RE中间合金的稀土的质量百分含量为25％，RE为钕(Nd)、铈(Ce)、钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、钆(Gd)和钐(Sm)，第一屑料与第二屑料的质量比为6:1；

b.球磨机上研磨混料：按照配比，将AZ31镁合金屑料和Mg-RE中间合金屑料在球磨机上破碎研磨，制得含稀土的混合屑料；

c.冷压混合屑料：将冷压模具组合好，然后将混合屑料放入冷压模具的冷压内套筒中，在180MPa下压制60s，得到坯料；

d.挤压成型：将挤压模具组合好，将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装入了坯料的挤压模具放置于电阻炉中，以10℃/min的速度加热，直至温度为350℃，再保温10min；

接着将挤压模具快速取出，放到挤压机工作台上，以0.2的挤压速度、25:1的挤压比进行挤压，得到合金棒；

e.冷压合金棒：将冷压模具组合好，将合金棒放入冷压模具的冷压内套筒中，在300MPa下压制60s；

f.重复步骤d和步骤e，然后再重复步骤d。

制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为3.57％。

实施例六

本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：

a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工：利用车床将AZ31镁合金加工成大小为13mm×0.01mm×1.65mm的第一屑料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为5.5mm×0.01mm×1.55mm的第二屑料，Mg-RE中间合金的稀土的质量百分含量为30％，RE为钕(Nd)、铈(Ce)、钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、钆(Gd)和钐(Sm)，第一屑料与第二屑料的质量比为299:1；

b.球磨机上研磨混料：按照配比，将AZ31镁合金屑料和Mg-RE中间合金屑料在球磨机上破碎研磨，制得含稀土的混合屑料；

c.冷压混合屑料：将冷压模具组合好，然后将混合屑料放入冷压模具的冷压内套筒中，在350MPa下压制20s，得到坯料；

d.挤压成型：将挤压模具组合好，将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装入了坯料的挤压模具放置于电阻炉中，以20℃/min的速度加热，直至温度为400℃，再保温20min；

接着将挤压模具快速取出，放到挤压机工作台上，以0.5的挤压速度、35:1的挤压比进行挤压，得到合金棒；

e.合金棒的机械加工：将合金棒捆绑成捆，然后将成捆的合金棒切割成长度为20mm的短合金棒材；

f.冷压短合金棒材：将冷压模具组合好，将短合金棒材放入冷压模具的冷压内套筒中，在400MPa下压制20s；

g.重复步骤d、步骤e和步骤f，然后再重复步骤d。

制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1％。

本发明的上述实施例还进行过试验，与现有技术(即先采用熔化精炼法加入稀土元素，再一次挤压成型的方法，【[1]陈振华，严红革，陈吉华，全亚杰，王慧敏，陈鼎.《镁合金》.北京：化学工业出版社.2004年7月.64-88页(镁合金的熔炼与浇注)；255-261页(镁合金的挤压成型)】)相比，优势具体如下：

表1制备过程中原料损耗量(以Nd、Ce、Y为例)

表2制备过程中产生污染物质

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将第一屑料与第二屑料混合，然后冷压，得到坯料；

所述第一屑料为AZ31镁合金的屑料，所述第二屑料为Mg-RE中间合金的屑料，所述第一屑料与所述第二屑料的质量比为4～299：1；

所述冷压的方法为：在180～350MPa下压制20～60s；

b.对所述坯料进行热挤压，然后冷压；

所述热挤压包括将所述坯料在350～400℃下保温10～20min；

所述冷压的方法为：在300～400MPa下压制20～60s；

c.重复至少一次所述步骤b，然后再次进行步骤b的所述热挤压。

2.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述第一屑料的大小为(0.01～13)mm×(0.01～5.9)mm×(0.01～1.65)mm。

3.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述第二屑料的大小为(0.01～5.5)mm×(0.01～2.5)mm×(0.01～1.55)mm。

4.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中，所述坯料以10～20℃/min的速度加热至350～400℃。

5.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中，所述热挤压的挤压条件为：挤压速度为0.2～0.5mm/s，挤压比为25～35:1。

6.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中，在所述热挤压之后，在所述冷压之前，还包括：将所述坯料切割成长度为5～20mm的短合金棒材。

7.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1～4％。

8.根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述Mg-RE中间合金中，稀土元素为镧系元素、钪、钇中的一种或多种。