CN105950927A - 一种增强增韧型镁锂合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强增韧型镁锂合金的制备方法,是针对镁锂合金强度低、韧性差的情况,先制备铝硅钇中间合金,然后掺杂到镁锂合金中,经真空感应加热熔炼、氩气低吹保护、浇铸,制成镁锂合金锭,再经多道次加热辊轧成型,制成镁锂合金板,经低温回火,制成增强增韧型镁锂合金,制备的镁锂合金金相组织致密性好、晶粒细化,铝硅钇中间合金均匀分布于合金基体中,镁锂合金屈服强度达189MPa,抗拉强度达205MPa,可在多种技术领域得到应用,是先进的增强增韧型镁锂合金的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强增韧型镁锂合金的制备方法,属有色轻金属材料制备及应用的技术领域。
背景技术
镁及镁合金是有色金属材料,镁合金具有高比强度、高比刚度、高弹性模量和良好的铸造性,但强度低、硬度低、耐腐蚀性差,极大的影响了镁及镁合金的应用范围。
镁锂合金是一种有色轻金属合金,具有质轻、高比强度、高韧性的特点,常在航空、航天、电子工业、医疗卫生领域得到应用,但镁锂合金的强度低、力学性能差、耐热性能差,限制了其作为结构材料的应用范围;为了提高镁锂合金的力学性能,扩大应用范围,常在镁锂合金中添加其他合金元素,例如铝、锰、锌、锶等,以细化晶粒,通过炼制、挤压、细化,达到增强力学性能的目的,但这些方法还处于科学试验中,具体的工艺技术还有待进一步探讨。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足,以镁、锂为合金元素,掺杂铝硅钇中间合金,经真空感应熔炼、轧制、低温回火,制成增强增韧型镁锂合金,以提高镁锂合金的强度、韧性及耐热性能,扩大镁锂合金的使用范围
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:镁、锂、铝、硅、钇、无水乙醇、氩气,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)制备铝硅钇共晶合金
铝硅钇共晶合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气低吹过程中完成的;
①制备开合式模具
开合式模具用不锈钢材料制作,模具型腔为矩形体,型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm;
②清理真空感应熔炼炉
开启真空感应熔炼炉,用金属铲、金属刷清理不锈钢熔炼坩埚,用氩气清除炉内有害气体,使炉内清洁;
③称取铝42g±0.001g、硅5.5g±0.001g、钇2.5g±0.001g,加入熔炼坩埚中,并密封真空感应熔炼炉;
④开启真空泵,抽取炉腔内空气,使炉内压强达到6Pa;
⑤开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚及其内的铝块、硅块、钇块,加热温度1500℃±2℃;
开启氩气低吹管,氩气低吹速度200cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压,并由出气管阀调控;
加热,氩气低吹时间6min;
熔炼后成铝硅钇共晶合金液,静置5min;
铝硅钇在熔炼过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:AlSiY:铝硅钇共晶合金
⑥浇铸
关闭中频感应加热器,关闭氩气低吹管;
打开真空感应熔炼炉,将熔炼坩埚及其内的铝硅钇共晶合金液对准开合式模具进行浇铸,浇满为止;
⑦冷却
将开合式模具及其内的铸锭埋入细沙中,冷却至25℃;
⑧开模
打开开合式模具,取出铸锭,即铝硅钇共晶合金锭;
⑨清理、切块
将铝硅钇共晶合金锭置于钢质平板上,用砂纸清理铸锭表面;用机械切制铸锭,成铝硅钇共晶合金块;然后用无水乙醇进行清洗,清洗后晾干;
(3)制备增强增韧型镁锂合金
增强增韧型镁锂合金的熔炼是在真空感应熔炼炉中进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气低吹过程中完成的;
①清洗开合式模具型腔,使矩形体模具型腔洁净;
②清理不锈钢熔炼坩埚,使坩埚内洁净;
③称取镁30g±0.001g、锂4.4g±0.001g、铝硅钇共晶合金块6.6g±0.001g,加入不锈钢熔炼坩埚内,并密闭真空感应熔炼炉;
④开启真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强达6Pa;
⑤开启中频感应加热器,加热不锈钢熔炼坩埚及其内的镁块、锂块、铝硅钇共晶合金块,加热温度700℃±2℃;开启氩气低吹管,氩气低吹速度200cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压,并由出气管阀调控;
熔炼、氩气低吹时间4min;
在熔炼、氩气低吹过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:MgLiAlSiY:增强增韧型镁锂合金
⑥浇铸
预热开合式不锈钢模具,预热温度100℃;
关闭中频感应加热器,关闭氩气低吹管;
打开真空感应熔炼炉,将熔炼坩埚及其内的镁锂合金液对准不锈钢模具浇口,进行浇铸,浇满为止;
⑦冷却
将模具及其内的铸锭埋入细沙中,冷却至25℃;
⑧开模
打开不锈钢开合式模具,取出铸锭,即镁锂合金锭;
⑨清理
将镁锂合金锭置于钢质平板上,用砂纸清理铸锭周边及表面,然后用无水乙醇清洗,清洗后晾干;
(4)辊轧成型
镁锂合金锭的辊轧成型是在立式辊轧机上进行的,是在辊轧机上加热、上下轧辊相向施压过程中完成的;
①将立式辊轧机的上、下轧辊分别加热至150℃,并保温;
②将镁锂合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间,调整好辊轧距离;
③开启上轧辊加热转动箱、下轧辊加热转动箱,上轧辊的转动方向为逆时针转动,下轧辊的转动方向为顺时针转动,镁锂合金锭由左向右轧制,轧制速度10mm/min;
加热轧制进行6道次,轧制冶成镁锂合金板;
(5)低温回火
将轧制后的镁锂合金板置于回火炉中,进行低温回火,回火温度100℃,回火时间60min;在回火过程中进行氩气保护,氩气输入速度100cm3/min;
(6)清理、打磨、清洗
将回火后的镁锂合金板置于钢质平板上,用机械清理镁锂合金板周边及正反表面,然后用砂纸打磨,使周边及表面规整;然后用无水乙醇清洗镁锂合金板周边及表面,使其洁净;
(7)检测、分析、表征
对镁锂合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电子显微镜进行形貌分析;
用X射线衍射进行物相分析;
结论:镁锂合金板为银白色,金相组织致密性好,晶粒细化,锂及铝硅钇中间合金均匀分布于合金基体中,合金屈服强度达189MPa,抗拉强度达205MPa;
(8)包装储存
制备的镁锂合金板用软质材料包装,储存于干燥洁净环境,要防潮、防氧化、防酸碱盐类侵蚀,储存温度为20℃,相对湿度≦10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对镁锂合金强度低、韧性差的情况,先制备铝硅钇共晶合金,然后掺杂到镁锂合金中,经真空感应加热熔炼、氩气低吹保护、浇铸,制成镁锂合金锭,再经多道次加热辊轧成型,制成镁锂合金板,经低温回火、制成增强增韧型镁锂合金,此制备方法工艺先进、数据精确翔实,制备的镁锂合金金相组织致密性好,晶粒细化,铝硅钇共晶合金均匀分布于合金基体中,镁锂合金屈服强度达189MPa,抗拉强度达2058MP,可在多种技术领域应用,是先进的增强增韧型镁锂合金的制备方法。
附图说明
图1镁锂合金真空感应熔炼状态图
图2镁锂合金加热辊轧状态图
图3镁锂合金横切面形貌图
图4镁锂合金衍射强度图谱
图中所示,附图标记清单如下:
1、真空感应熔炼炉,2、炉座,3、炉腔,4、出气管,5、出气阀,6、工作台,7、熔炼坩埚,8、中频感应加热器,9、镁锂合金液,10、氩气,11、底吹泵,12、底吹管,13、真空泵,14、真空管,15、氩气瓶,16、氩气管,17、氩气阀,18、电控箱,19、第一显示屏,20、第一指示灯,21、第一电源开关,22、第一加热温度控制器,23、真空泵控制器,24、底吹泵控制器,25、第一导线,26、第二导线,27、外水循环冷却管,28、进水阀,29、出水阀,30、炉盖,31、辊轧机,32、顶座,33、左立柱,34、右立柱,35、上轧辊加热转动箱,36、下轧辊加热转动箱,37、上轧辊,38、下轧辊,39、第二显示屏,40、第二指示灯,41、第二电源开关,42、上轧辊加热转动控制器,43、下轧辊加热转动控制器,44、镁锂合金板,45、左支架,46、右支架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为镁锂合金真空感应熔炼状态图,各部位置,连接关系要正确,按量配比,按序熔炼。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、厘米3为计量单位。
镁锂合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的;
真空感应熔炼炉为立式,真空感应熔炼炉1的底部为炉座2、顶部为炉盖30、内部为炉腔3;真空感应熔炼炉1的外部设有外水循环冷却管27、并由进水阀28、出水阀29连接外接水源;在炉座2的下部由左支架45、右支架46支撑;在炉腔3的内部设有工作台6,在工作台6上部为熔炼坩埚7,熔炼坩埚7外部设有中频感应加热器8,熔炼坩埚7内为镁锂合金液9,炉腔3内由氩气10充填;在真空感应熔炼炉1的右上部设有出气管4、出气阀5;在真空感应熔炼炉1的左部设有氩气瓶15,氩气瓶15上部设有氩气管16、氩气阀17;在左支架45内侧设有底吹泵11,底吹泵11左部连接氩气管16,右部连接底吹管12,底吹管12穿过炉座2、真空熔炼炉1、熔炼坩埚7,向熔炼坩埚7内输入氩气10;在右支架46内侧设有真空泵13,真空泵13连接真空管14,真空管14与炉腔3连通;在真空感应熔炼炉1的右部设有电控箱18,在电控箱18上设有第一显示屏19、第一指示灯20、第一电源开关21、第一加热温度控制器22、真空泵控制器23、底吹泵控制器24;电控箱18通过第一导线25与中频感应加热器8连接;电控箱18通过第二导线26与底吹泵11、真空泵13连接。
图2所示,为镁锂合金辊轧状态图,各部位置要正确,按序轧制。
辊轧机为立式,在辊轧机31的上部为顶座32,并由左立柱33、右立柱34支撑;在顶座32的中间下部设有上轧辊加热转动箱35,上轧辊加热转动箱35连接上轧辊37;在辊轧机31中间上部设有下轧辊加热转动箱36,下轧辊加热转动箱36连接下轧辊38;在辊轧机31上设有第二显示屏39、第二指示灯40、第二电源开关41、上轧辊加热转动控制器42、下轧辊加热转动控制器43;在上轧辊37、下轧辊38之间置放镁锂合金板44,上轧辊37转动方向为逆时针转动,下轧辊38转动方向为顺时针转动,镁锂合金板44由左向右轧制。
图3所示,为增强增韧型镁钾合金横切面形貌图,图中所示:整个截面分为2部分,包括基体组织和析出相,其中灰色镁基体,白色为析出相,镁基体和析出相呈现良好的分布,同时在基体中仍残留聚集的白亮析出相;析出相沿晶界析出,对合金起到析出强化的作用。
图4所示,为增强增韧型镁锂合金X射线衍射图谱,由图中分析可知组织主要为Li相、AlLi相、MgLIAl相、MgSi相和MgY相,图中MgLIAl相、MgSi相和MgY相的衍射峰出现,表明镁锂合金得到了增强增韧。
Claims (3)
1.一种增强增韧型镁锂合金的制备方法,其特征在于:
使用的化学物质材料为:镁、锂、铝、硅、钇、无水乙醇、氩气,其准备用量如下:以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)制备铝硅钇共晶合金
铝硅钇共晶合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气低吹过程中完成的;
①制备开合式模具
开合式模具用不锈钢材料制作,模具型腔为矩形体,型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm;
②清理真空感应熔炼炉
开启真空感应熔炼炉,用金属铲、金属刷清理不锈钢熔炼坩埚,用氩气清除炉内有害气体,使炉内清洁;
③称取铝42g±0.001g、硅5.5g±0.001g、钇2.5g±0.001g,加入熔炼坩埚中,并密封真空感应熔炼炉;
④开启真空泵,抽取炉腔内空气,使炉内压强达到6Pa;
⑤开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚及其内的铝块、硅块、钇块,加热温度1500℃±2℃;
开启氩气低吹管,氩气低吹速度200cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压,并由出气管阀调控;
加热,氩气低吹时间6min;
熔炼后成铝硅钇共晶合金液,静置5min;
铝硅钇在熔炼过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:AlSiY:铝硅钇共晶合金
⑥浇铸
关闭中频感应加热器,关闭氩气低吹管;
打开真空感应熔炼炉,将熔炼坩埚及其内的铝硅钇共晶合金液对准开合式模具进行浇铸,浇满为止;
⑦冷却
将开合式模具及其内的铸锭埋入细沙中,冷却至25℃;
⑧开模
打开开合式模具,取出铸锭,即铝硅钇共晶合金锭;
⑨清理、切块
将铝硅钇共晶合金锭置于钢质平板上,用砂纸清理铸锭表面;用机械切制铸锭,成铝硅钇共晶合金块;然后用无水乙醇进行清洗,清洗后晾干;
(3)制备增强增韧型镁锂合金
增强增韧型镁锂合金的熔炼是在真空感应熔炼炉中进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气低吹过程中完成的;
①清洗开合式模具型腔,使矩形体模具型腔洁净;
②清理不锈钢熔炼坩埚,使坩埚内洁净;
③称取镁30g±0.001g、锂4.4g±0.001g、铝硅钇共晶合金块6.6g±0.001g,加入不锈钢熔炼坩埚内,并密闭真空感应熔炼炉;
④开启真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强达6Pa;
⑤开启中频感应加热器,加热不锈钢熔炼坩埚及其内的镁块、锂块、铝硅钇共晶合金块,加热温度700℃±2℃;开启氩气低吹管,氩气低吹速度200cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压,并由出气管阀调控;
熔炼、氩气低吹时间4min;
在熔炼、氩气低吹过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:MgLiAlSiY:增强增韧型镁锂合金
⑥浇铸
预热开合式不锈钢模具,预热温度100℃;
关闭中频感应加热器,关闭氩气低吹管;
打开真空感应熔炼炉,将熔炼坩埚及其内的镁锂合金液对准不锈钢模具浇口,进行浇铸,浇满为止;
⑦冷却
将模具及其内的铸锭埋入细沙中,冷却至25℃;
⑧开模
打开不锈钢开合式模具,取出铸锭,即镁锂合金锭;
⑨清理
将镁锂合金锭置于钢质平板上,用砂纸清理铸锭周边及表面,然后用无水乙醇清洗,清洗后晾干;
(4)辊轧成型
镁锂合金锭的辊轧成型是在立式辊轧机上进行的,是在辊轧机上加热、上下轧辊相向施压过程中完成的;
①将立式辊轧机的上、下轧辊分别加热至150℃,并保温;
②将镁锂合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间,调整好辊轧距离;
③开启上轧辊加热转动箱、下轧辊加热转动箱,上轧辊的转动方向为逆时针转动,下轧辊的转动方向为顺时针转动,镁锂合金锭由左向右轧制,轧制速度10mm/min;
加热轧制进行6道次,轧制冶成镁锂合金板;
(5)低温回火
将轧制后的镁锂合金板置于回火炉中,进行低温回火,回火温度100℃,回火时间60min;在回火过程中进行氩气保护,氩气输入速度100cm3/min;
(6)清理、打磨、清洗
将回火后的镁锂合金板置于钢质平板上,用机械清理镁锂合金板周边及正反表面,然后用砂纸打磨,使周边及表面规整;然后用无水乙醇清洗镁锂合金板周边及表面,使其洁净;
(7)检测、分析、表征
对镁锂合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电子显微镜进行形貌分析;
用X射线衍射进行物相分析;
结论:镁锂合金板为银白色,金相组织致密性好,晶粒细化,锂及铝硅钇中间合金均匀分布于合金基体中,合金屈服强度达189MPa,抗拉强度达205MPa;
(8)包装储存
制备的镁锂合金板用软质材料包装,储存于干燥洁净环境,要防潮、防氧化、防酸碱盐类侵蚀,储存温度为20℃,相对湿度≦10%。
2.根据权利要求1所述的一种增强增韧型镁锂合金的制备方法,其特征在于:
镁锂合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的;
镁锂合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹过程中完成的;
真空感应熔炼炉为立式,真空感应熔炼炉(1)的底部为炉座(2)、顶部为炉盖(30)、内部为炉腔(3);真空感应熔炼炉(1)的外部设有外水循环冷却管(27)、并由进水阀(28)、出水阀(29)连接外接水源;在炉座(2)的下部由左支架(45)、右支架(46)支撑;在炉腔(3)的内部设有工作台(6),在工作台(6)上部为熔炼坩埚(7),熔炼坩埚(7)外部设有中频感应加热器(8),熔炼坩埚(7)内为镁锂合金液(9),炉腔(3)内由氩气(10)充填;在真空感应熔炼炉(1)的右上部设有出气管(4)、出气阀(5);在真空感应熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(15),氩气瓶(15)上部设有氩气管(16)、氩气阀(17);在左支架(45)内侧设有底吹泵(11),底吹泵(11)左部连接氩气管(16),右部连接底吹管(12),底吹管(12)穿过炉座(2)、真空熔炼炉(1)、熔炼坩埚(7),向熔炼坩埚(7)内输入氩气(10);在右支架(46)内侧设有真空泵(13),真空泵(13)连接真空管(14),真空管(14)与炉腔(3)连通;在真空感应熔炼炉(1)的右部设有电控箱(18),在电控箱(18)上设有第一显示屏(19)、第一指示灯(20)、第一电源开关(21)、第一加热温度控制器(22)、真空泵控制器(23)、底吹泵控制器(24);电控箱(18)通过第一导线(25)与中频感应加热器(8)连接;电控箱(18)通过第二导线(26)与底吹泵(11)、真空泵(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种增强增韧型镁锂合金的制备方法,其特征在于:
镁锂合金的辊轧机成型是在立式辊轧机上进行的,是在辊轧机上加热、上下轧辊相向施压过程中完成的;
辊轧机为立式,在辊轧机(31)的上部为顶座(32),并由左立柱(33)、右立柱(34)支撑;在顶座(32)的中间下部设有上轧辊加热转动箱(35),上轧辊加热转动箱(35)连接上轧辊(37);在辊轧机(31)中间上部设有下轧辊加热转动箱(36),在下轧辊加热转动箱(36)连接下轧辊(38);在辊轧机(31)上设有第二显示屏(39)、第二指示灯(40)、第二电源开关(41)、上轧辊加热转动控制器(42)、下轧辊加热转动控制器(43);在上轧辊(37)、下轧辊(38)之间置放镁锂合金板(44),上轧辊(37)转动方向为逆时针转动,下轧辊(38)转动方向为顺时针转动,镁锂合金板(44)由左向右轧制。
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