CN106834845B - 一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法,是针对镁合金强度低、塑性差、耐腐蚀性差、热稳定性差的缺陷,采用在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金,经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火,制成增强增韧型镁铝硅锌合金板,此制备方法工艺先进,数据精确翔实,制备的镁铝硅锌合金板的金相组织致密性好,硬度达80HV,抗拉强度达340MPa,塑性韧性好,可在多种工业领域应用,是先进的制备增强增韧型镁铝硅锌合金板的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法,属有色金属合金制备及应用的技术领域。
背景技术
镁合金是最轻的有色金属合金,具有质轻、阻尼减震性能好、易加工成型的优点,在航空、航天、交通、通讯、电子工业中得到较广泛的应用;但镁合金存在强度低、硬度低、耐腐蚀性能差、热稳定性差的缺陷,使镁合金的应用受到很大的局限。
为了提高镁合金的力学性能,常在镁合金中掺杂稀土材料,例如钇、钐、铽等,稀土元素的加入使镁合金的成本大幅提高,在提高强度的同时,也降低了镁合金的塑性,使镁合金的塑性成形变得困难,限制了镁合金的应用范围。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足,在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金,经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火,制成增强增韧型镁铝硅锌合金板,以提高镁合金的强度和韧性,扩展镁合金的应用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:镁、铝、硅、锌、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)制备铝硅中间合金
铝硅中间合金的制备是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气保护下完成的;
①打开真空熔炼炉,用氩气驱除炉内有害气体,使炉腔内洁净;
②称取铝块17.47g±0.001g、硅块2.53g±0.001g,加入熔炼坩埚内;
③关闭真空熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达0.1Pa;
④开启氩气瓶,向炉内输入氩气,氩气输入速度100cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压;
⑤开启中频感应加热器,加热温度587℃±2℃,加热时间30min;
在此温度恒温保温,然后停止加热,使其随炉冷却至25℃;
熔炼后为铝硅中间合金Al-Si;
(3)制备镁铝硅锌合金锭
镁铝硅锌合金锭的制备是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气底吹搅拌下完成的;
①制备开合式模具
开合式模具用工具钢制作,模具型腔为矩形,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm;
②打开真空熔炼炉,用氩气驱除炉内有害气体,使炉内洁净;
③称取镁块240g±0.01g、锌块3.5g±0.001g、铝硅中间合金块20g±0.001g,加入熔炼坩埚内;
④在熔炼坩埚底部通入氩气管;
⑤关闭真空熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达0.1Pa;
⑥开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚及其内的镁块、铝硅中间合金块、锌块,加热温度750℃±2℃,加热时间30min;
开启熔炼坩埚底部的氩气底吹管,向熔炼坩埚内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min;
镁块、锌块、铝硅中间合金块在加热熔炼过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:MgAlSiZn:镁铝硅锌合金;
⑦熔炼后停止加热,停止氩气底吹,使熔液在熔炼坩埚内静置10min;
⑧浇铸
打开真空熔炼炉,取出熔炼坩埚,对准预制的开合式模具进行浇铸;
浇铸后将开合式模具及其内的铸件埋入细砂中,进行冷却至25℃;
⑨开模,取出铸件,即镁铝硅锌合金锭;
⑩清理清洗
将镁铝硅锌合金锭置于钢质平板上,用机械对铸锭周边及正反表面进行清理,使其光洁;
然后用无水乙醇擦洗铸锭周边及正反表面,使其洁净;
(4)辊轧成型
镁铝硅锌合金锭的辊轧成型轧制是在辊轧机上进行的,是在加热、辊轧过程中完成的;
①将镁铝硅锌合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间;
②开启上轧辊转动加热器、下轧辊转动加热器,上轧辊加热温度200℃,下轧辊加热温度200℃;
上轧辊转动方向为逆时针转动,转动转数为10r/min;
下轧辊转动方向为顺时针转动,转动转数为10r/min;
镁铝硅锌合金锭处于上轧辊和下轧辊之间,由左向右轧制;
镁铝硅锌合金锭轧制为7道次,轧制后为镁铝硅锌合金板;
③清理清洗
将镁铝硅锌合金板置于钢质平板上,用400目砂纸打磨镁铝硅锌合金板周边及正反表面,使其光洁;
然后用无水乙醇擦洗镁铝硅锌合金板周边及正反表面,使其洁净;
(5)真空中温回火
将镁铝硅锌合金板置于真空热处理炉中,进行中温回火,真空度2Pa,回火温度200℃,回火时间30min;
回火后为增强增韧型镁铝硅锌合金板;
(6)检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征;
用金相显微镜和扫描电子显微镜及进行显微组织观察;
用X射线能谱仪进行化学成分分析;
用电子万能试验机进行力学性能检测;
结论:增强增韧型镁铝硅锌合金板为银灰色,矩形板状,金相组织致密性好,塑性韧性好,硬度达80HV,抗拉强度达340MPa;
(7)产物储存
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板用软质材料包装,置于洁净环境,要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度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,是针对镁合金强度低、硬度低、塑性差、耐腐蚀性差、热稳定性差的缺陷,采用在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金,经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火,制成增强增韧型镁铝硅锌合金板,此制备方法工艺先进,数据精确翔实,制备的镁铝硅锌合金板的金相组织致密性好,硬度达80HV,抗拉强度达340MPa,塑性韧性好,可在多种工业领域应用,是先进的制备镁铝硅锌合金板的方法。
附图说明
图1.镁铝硅锌合金液熔炼状态图;
图2.镁铝硅锌合金板热辊轧状态图;
图3.镁铝硅锌合金板横切面形貌图;
图4.镁铝硅锌合金板X射线衍射强度图谱;
图5.镁铝硅锌合金板扫描能谱图;
图6.镁铝硅锌合金板应力-应变曲线图;
图中所示,附图标记清单如下:
1、真空熔炼炉,2、炉底座,3、炉腔,4、炉顶座,5、出气管阀,6、工作台,7、熔炼坩埚,8、中频感应加热器,9、镁铝硅锌合金熔液,10、氩气,11、氩气底吹泵,12、氩气底吹管,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、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、左支架,28、右支架,30、热辊轧机,31、左立柱,32、右立柱,33、机顶座,34、上轧辊加热转动箱,35、上轧辊架,36、上轧辊,37、下轧辊加热转动箱,38、下轧辊架,39、下轧辊,40、镁铝硅锌合金板,41、第二显示屏,42、第二指示灯,43、第二电源开关,44、上轧辊加热转动控制器,45、下轧辊加热转动控制器。
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,为镁铝硅锌合金液熔炼状态图,各部位置、连接关系要正确,按量配比,按序操作。
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。
镁铝硅锌合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热,氩气底吹状态下完成的;
真空熔炼炉1为立式,真空熔炼炉1的下部为炉底座2、上部为炉顶座4、内部为炉腔3;炉底座2的左下部为左支架27、右下部为右支架28;在炉腔3内底部设有工作台6,在工作台6上部置放熔炼坩埚7,熔炼坩埚7内部为镁铝硅锌合金液9、外部为中频感应加热器8;在真空熔炼炉1的右上部设有出气管阀5;在左支架27上设有氩气底吹泵11,并连接氩气底吹管12,氩气底吹管12穿过炉底座2、真空熔炼炉1和工作台6进入熔炼坩埚7;在真空熔炼炉1的左部设有氩气瓶15,氩气瓶15上部设有氩气阀17、氩气管16,并连接氩气底吹泵11、氩气底吹管12,并向熔炼坩埚7内输入氩气10;在右支架28上设有真空泵13,真空泵13穿过炉底座2、真空熔炼炉1与炉腔3连通;在真空熔炼炉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、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与氩气底吹泵11、真空泵13连接。
图2所示,为镁铝硅锌合金板热辊轧状态图,各部位置、连接关系要正确,安装牢固。
热辊轧机为立式,在热辊轧机30上部设有左立柱31、右立柱32,并连接机顶座33,组成整体机型;在机顶座33下部设有上轧辊加热转动箱34,上轧辊加热转动箱34下部连接上轧辊架35,上轧辊架35连接上轧辊36;在热辊轧机30上部设有下轧辊加热转动箱37,下轧辊加热转动箱37上部设有下轧辊架38,下轧辊架38上部连接下轧辊39;在上轧辊36与下轧辊39之间为镁铝硅锌合金板40;上轧辊36的转动方向为逆时针转动,下轧辊39的转动方向为顺时针转动;上轧辊36的转动转数为10r/min,下轧辊39的转动转数为10r/min;上轧辊36与下轧辊39同时转动轧制镁铝硅锌合金板40,轧制道次为7道次。
图3所示,为镁铝硅锌合金板横切面形貌图,图中所示:铝硅中间合金引入的稳定细小的Mg2Si相周围晶粒显著细化,形成了由细晶粒包围粗晶粒的双尺度混晶组织,可使合金强度大幅提高的同时保持良好的塑性。
图4所示,为镁铝硅锌合金板X射线衍射强度图谱,图中所示:纵坐标为衍射强度,横坐标为衍射角,镁铝硅锌合金板中主要物相为Mg基体相,包括Mg17Al12相、Mg2Si相和MgZn相。
图5所示,为镁铝硅锌合金板扫描能谱图,图中所示:纵坐标为计数,横坐标为能量,箭头所指的物相进行点扫描能谱分析,显示有镁元素和硅元素存在,且镁硅原子比为2.03,与Mg2Si相的原子比相吻合,为Mg2Si相。
图6所示,为镁铝硅锌合金板应力-应变曲线图,图中所示:纵坐标为应力,横坐标为应变,图中曲线1代表镁铝锌合金,曲线2代表增强增韧型镁铝硅锌合金,与镁铝锌合金相比,铝硅中间合金加入镁铝锌合金,制备的镁铝硅锌合金板抗拉强度显著提高,达到340MPa。
Claims (3)
1.一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法,其特征在于:
使用的化学物质材料为:镁、铝、硅、锌、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)制备铝硅中间合金
铝硅中间合金的制备是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气保护下完成的;
①打开真空熔炼炉,用氩气驱除炉内有害气体,使炉腔内洁净;
②称取铝块17.47g±0.001g、硅块2.53g±0.001g,加入熔炼坩埚内;
③关闭真空熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达0.1Pa;
④开启氩气瓶,向炉内输入氩气,氩气输入速度100cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压;
⑤开启中频感应加热器,加热温度587℃±2℃,加热时间30min;
在此温度恒温保温,然后停止加热,使其随炉冷却至25℃;
熔炼后为铝硅中间合金Al-Si;
(3)制备镁铝硅锌合金锭
镁铝硅锌合金锭的制备是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气底吹搅拌下完成的;
①制备开合式模具
开合式模具用工具钢制作,模具型腔为矩形,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm;
②打开真空熔炼炉,用氩气驱除炉内有害气体,使炉内洁净;
③称取镁块240g±0.001g、锌块3.5g±0.001g、铝硅中间合金块20g±0.001g,加入熔炼坩埚内;
④在熔炼坩埚底部通入氩气管;
⑤关闭真空熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强达0.1Pa;
⑥开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚及其内的镁块、铝硅中间合金块、锌块,加热温度750℃±2℃,加热时间30min;
开启熔炼坩埚底部的氩气底吹管,向熔炼坩埚内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min;
镁块、锌块、铝硅中间合金块在加热熔炼过程中将发生合金化反应,反应方程式如下:
式中:MgAlSiZn:镁铝硅锌合金;
⑦熔炼后停止加热,停止氩气底吹,使熔液在熔炼坩埚内静置10min;
⑧浇铸
打开真空熔炼炉,取出熔炼坩埚,对准预制的开合式模具进行浇铸;
浇铸后将开合式模具及其内的铸件埋入细砂中,进行冷却至25℃;
⑨开模,取出铸件,即镁铝硅锌合金锭;
⑩清理清洗
将镁铝硅锌合金锭置于钢质平板上,用机械对铸锭周边及正反表面进行清理,使其光洁;
然后用无水乙醇擦洗铸锭周边及正反表面,使其洁净;
(4)辊轧成型
镁铝硅锌合金锭的辊轧成型是在辊轧机上进行的,是在加热、辊轧过程中完成的;
①将镁铝硅锌合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间;
②开启上轧辊转动加热器、下轧辊转动加热器,上轧辊加热温度200℃,下轧辊加热温度200℃;
上轧辊转动方向为逆时针转动,转动转数为10r/min;
下轧辊转动方向为顺时针转动,转动转数为10r/min;
镁铝硅锌合金锭处于上轧辊和下轧辊之间,由左向右轧制;
镁铝硅锌合金锭轧制为7道次,轧制后为镁铝硅锌合金板;
③清理清洗
将镁铝硅锌合金板置于钢质平板上,用400目砂纸打磨镁铝硅锌合金板周边及正反表面,使其光洁;
然后用无水乙醇擦洗镁铝硅锌合金板周边及正反表面,使其洁净;
(5)真空中温回火
将镁铝硅锌合金板置于真空热处理炉中,进行中温回火,真空度2Pa,回火温度200℃,回火时间30min;
回火后为增强增韧型镁铝硅锌合金板;
(6)检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征;
用金相显微镜和扫描电子显微镜及进行显微组织观察;
用X射线能谱仪进行化学成分分析;
用电子万能试验机进行力学性能检测;
结论:增强增韧型镁铝硅锌合金板为银灰色,矩形板状,金相组织致密性好,塑性韧性好,硬度达80HV,抗拉强度达340MPa;
(7)产物储存
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板用软质材料包装,置于洁净环境,要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1的所述的一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法,其特征在于:
镁铝硅锌合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的,是在中频感应加热,氩气底吹状态下完成的;
真空熔炼炉(1)为立式,真空熔炼炉(1)的下部为炉底座(2)、上部为炉顶座(4)、内部为炉腔(3);炉底座(2)的左下部为左支架(27),右下部为右支架(28);在炉腔(3)内底部设有工作台(6),在工作台(6)上部置放熔炼坩埚(7),熔炼坩埚(7)内部为镁铝硅锌合金液(9),外部为中频感应加热器(8);在真空熔炼炉(1)的右上部设有出气管阀(5);在左支架(27)上设有氩气底吹泵(11),并连接氩气底吹管(12),氩气底吹管(12)穿过炉底座(2)、真空熔炼炉(1)和工作台(6)进入熔炼坩埚(7);在真空熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(15),氩气瓶(15)上部设有氩气阀(17)、氩气管(16),并连接氩气底吹泵(11)、氩气底吹管(12)向熔炼坩埚(7)内输入氩气(10);在右支架(28)上设有真空泵(13),真空泵(13)穿过炉底座(2)、真空熔炼炉(1)与炉腔(3)连通;在真空熔炼炉(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)、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)与氩气底吹泵(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铝硅锌合金板的制备方法,其特征在于:
热辊轧机为立式,在热辊轧机(30)上部设有左立柱(31)、右立柱(32),并连接机顶座(33),组成整体机型;在机顶座(33)下部设有上轧辊加热转动箱(34),上轧辊加热转动箱(34)下部连接上轧辊架(35),上轧辊架(35)连接上轧辊(36);在热辊轧机(30)上部设有下轧辊加热转动箱(37),下轧辊加热转动箱(37)上部设有下轧辊架(38),下轧辊架(38)上部连接下轧辊(39);在上轧辊(36)与下轧辊(39)之间为镁铝硅锌合金板(40);上轧辊(36)的转动方向为逆时针转动,下轧辊(39)的转动方向为顺时针转动;上轧辊(36)的转动转数为10r/min,下轧辊(39)的转动转数为10r/min;上轧辊(36)与下轧辊(39)同时转动轧制镁铝硅锌合金板(40),轧制道次为7道次。
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