CN107164674B - 一种镁铝锌钆铈合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁铝锌钆铈合金及其制备方法和应用，具体涉及一种耐磨镁铝锌钆铈合金、该镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝及其制备方法，属于金属材料技术及冶金技术领域。一种镁铝锌钆铈合金，所述镁合金化学成分按质量百分比为：Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd 0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg。在室温干摩擦磨损试验条件下，本发明的Mg‑Al‑Zn‑Gd‑Ce镁合金焊丝堆焊后，其相对耐磨性可达3.29。

Description

一种镁铝锌钆铈合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种镁铝锌钆铈合金及其制备方法和应用，具体涉及一种耐磨镁铝锌钆铈合金、该镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝及其制备方法，属于金属材料技术及冶金技术领域。
背景技术
镁及镁合金作为目前最轻的工程结构材料之一，密度约为铝的2/3、钢的1/4。具有较好的减震性、电磁屏蔽性，同时还具有良好的导电性、生物相容性等优点。这些特点使其在汽车、电子、国防和医疗等领域有着广泛的应用前景。作为高性能结构材料，镁合金构件不可避免的需要进行堆焊焊接。堆焊是在工件的边缘或表面熔覆一层具有耐磨或耐蚀等性能的金属层的焊接工艺，对于提高零件的性能和使用寿命有着重要的作用，降低了生产成本，目前越来越广泛地应用于零件的制造或表面快速修复等领域。
Mg-Al-Zn系镁合金是目前商业化应用最广泛的变形镁合金，它具有较好的强度及延伸率。随着镁合金加工技术的不断发展，Mg-Al-Zn系镁合金在自行车、汽车零部件、3C产品外壳等领域前景看好，因此，工程上对于适用于Mg-Al-Zn系镁合金的焊丝材料的需求十分迫切。而且，由于镁合金产品的使用环境越来越复杂，其对焊接质量的要求也在逐步提高，尤其对堆焊层耐磨性提出了较高的要求。目前国内Mg-Al-Zn系镁合金表面的堆焊主要使用与母材化学成分相同的焊丝，在焊接过程中存在合金元素氧化挥发严重、堆焊层耐磨性差等问题。
此外，由于镁合金为密排六方结构，常温下参与变形的滑移系较少，冷变形能力较差，塑性加工成型困难，很难实现大批量工业生产。一般镁合金焊丝拉拔工艺需多道次小变形量连续拉丝，拉拔速度较慢，单道次变形量仅为10％左右，且需要进行多次中间退火，从而导致拉拔工艺复杂，生产效率低，容易发生断丝。申请号为200320128716.7的中国专利提出了一种镁合金丝拉拔方法，利用挤压工艺制备直径大于2mm的较粗镁合金丝，在拉拔镁合金丝过程中加热拔丝模，通过拔丝模将热量传递给镁合金丝，增大其塑性，以实现拉拔镁合金丝。该技术的特点是对模具要求不高，镁合金丝表面质量好，设备简单。但在该技术中模具长期处于高温状态，会严重影响模具的使用寿命，此外，该技术通过拉丝模具对镁合金丝加热的方式效率较低，当拉拔速度较快时无法对镁合金丝进行有效的加热。因此，优化焊丝生产方法，提高焊丝的拉拔生产效率，对镁合金结构材料的发展有重要意义。申请号为201010172787.1的中国专利本发明介绍了一种镁合金丝的电磁拉拔方法及装置，包括使用一定孔径的拔丝模具以及收卷和放卷装置，在拔丝模具进丝端外侧设置中、高频电磁场发生器，在拔丝过程中，控制电磁场强度和功率及镁合金丝的移动速度，使镁合金丝粗线坯在温度250～500℃下以一定的速度通过拔丝模具，得到镁合金丝细丝。该技术具有镁合金丝在中、高频电磁场作用下塑性变形能力大幅提高，拉拔力小，镁合金丝粗线坯加热速度快，得到的镁合金丝的表面质量和力学性能优异等优点。但是该技术设备较复杂，需要配备中、高频电磁场发生器等装置，拉拔过程中还需要不断通入保护气体，生产成本较高。此外，由于电磁感应的方式加热速度极快，需要灵敏的温度反馈装置，普通的测温方式如霍尔元件测温、热电偶测温难以满足其要求。
发明内容
本发明的目的在于通过新的配方设计而提供一种适用于Mg-Al-Zn系镁合金表面堆焊用焊丝材料及其制备方法，以提高堆焊层的耐磨性能，降低焊丝的生产难度，同时降低生产成本
一种镁铝锌钆铈合金，所述镁铝锌钆铈合金化学成分按质量百分比为：Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd 0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg。
本发明所述镁铝锌钆铈合金为Mg-3Al-1Zn-Gd-Ce镁铝锌钆铈合金，其是以现有的AZ31镁合金为基础，加入Gd和Ce作为合金化组元，其化学成分按质量百分比：Al2.47～3.55％，Zn0.29～1.50％，Mn0.26～0.56％，Gd0.80～2.54％，Ce0.49～2.38％，余量为Mg。
本发明的另一目的是提供以上述镁铝锌钆铈合金为材质的堆焊焊丝，所述堆焊焊丝化学成分按质量百分比为：Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg。
进一步地，所述焊丝的直径为1.5～3.0mm。
进一步地，本发明提供上述镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的制备方法。
一种镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的制备方法，所述方法包括拉拔的步骤：对直径4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝进行至少一次拉拔，拉拔过程中，在进入拉丝模具前对粗镁铝锌钆铈合金丝进行在线连续加热。
进一步地，所述在线连续加热的加热温度(即为拉拔温度)为220～280℃。
优选地，所述拉拔的道次变形量控制在15～25％，进行7～11次拉拔，拉拔至第4～6道次后进行一次中间退火，退火时间为3～5min，退火温度为350～400℃。
优选地，所述拉拔温度为220～280℃，粗镁铝锌钆铈合金丝移动速度为5～12m/min。
优选地，拉拔过程中采用耐高温润滑脂进行润滑。所述耐高温润滑脂为现有技术公开的可在200～300℃下用于润滑的耐高温润滑脂，可商业购得。
进一步地，本发明所述镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的制备方法包括制锭、制粗丝、拉拔的步骤，具体地：以Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd 0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg的比例将合金原料金属进行熔炼得到镁铝锌钆铈合金锭坯；对热处理后的锭坯进行挤压，制备直径为4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝；对粗镁铝锌钆铈合金丝进行至少一次拉拔，拉拔过程中，在进入拉丝模具前对粗镁铝锌钆铈合金丝进行在线连续加热，最终得到直径为1.5～3.0mm的镁铝锌钆铈合金细焊丝。
进一步地，本发明所述Ce和Gd优选以Mg-30Gd中间合金和Mg-30Ce中间合金的形式作为合金原料；进一步地，考虑原料的烧损情况优选所述制备合金的原料按质量百分比为：0.30～1.61％的纯锌锭，2.60～3.70％的纯铝锭，0.35～0.80％的锰剂(75％Mn含量)，3.80～12.00％的Mg-30Gd中间合金和2.40～12.00％的Mg-30Ce中间合金，余量为纯Mg锭。
更进一步优选地，所述制锭按下述方法进行：
采用电阻炉熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至735℃～765℃，然后按照质量百分比依次加入0.30～1.61％的纯锌锭，2.60～3.70％的纯铝锭，0.35～0.80％的锰剂(75％Mn含量)，3.80～12.00％的Mg-30Gd中间合金和2.40～12.00％的Mg-30Ce中间合金；在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至680℃～710℃；进行半连续铸造，得到直径为Ф152mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，熔炼和铸造过程中使用体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体进行保护；在410℃下均匀化退火12～24h，然后将镁铝锌钆铈合金铸锭车削成直径为Ф140mm的锭坯；
更进一步优选地，所述制粗丝按下述方法进行：
利用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝，挤压筒直径为150mm，挤压温度为350～390℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为47.15～72.2。
本发明的又一目的是提供制备上述镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的拉拔装置。
一种用于制备所述镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的拉拔装置，包括：
送丝机构；
接收来自送丝机构的粗镁铝锌钆铈合金丝的连续加热机构，所述连续加热机构对在其内通过的粗镁铝锌钆铈合金丝进行连续恒温加热；
接收来自连续加热机构的拉丝模具，所述拉丝模具的入口端接触连续加热机构的出口端；
接收来自拉丝模具的细镁铝锌钆铈合金丝的收丝机构。
本发明所述拉拔装置中，其中，
所述送丝机构用于将粗丝送入连续加热机构中，经加热拉拔的焊丝再由收丝机构进行收丝。其中，所述送丝机构和收丝机构可选用现有技术公开的送丝机构和收丝机构，如送丝机构为送丝盘，收丝机构为收丝盘。
所述收丝机构还设有动力机构。
所述连续加热机构用于对位于其中的待进入拉丝模具的粗丝进行连续恒温加热，优选为管式加热炉。
更进一步地，所述管式加热炉包括碳化硅管、电阻丝、保温绝缘材料；所述碳化硅管外层均匀缠绕电阻丝，中间开小孔插入热电偶，采用N分度号补偿导线与控温仪表联接；管式加热炉最外侧使用保温绝缘材料包裹。
优选地，所述碳化硅管的内径为10mm；优选所述保温绝缘材料为石英棉。
本发明所述拉丝模具根据《GB-T6110-2008硬质合金拉制模型式和尺寸》制得，具体地，所述拉丝模具为中空的圆柱体，圆柱体内部由左到右依次是润滑带、预工作带、定径工作带、出口带，模锥角为7°。本发明所述拉丝模具可制备成多种尺寸，可根据所需目标焊丝的直径要求进行选择。
本发明的又一目的是提供利用上述拉拔装置制备本发明所述镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝的方法，具体为：
将粗镁铝锌钆铈合金丝置于送丝机构中，并将其一端依次穿过连续加热机构、拉丝模具，最后连接到收丝机构上；开启连续加热机构，待温度升至220～280℃后进行拉拔，粗镁铝锌钆铈合金丝移动速度为5～12m/min；如需要，换上孔径更小的拉丝模具重复拉拔，直到得到所需尺寸的镁铝锌钆铈合金焊丝。
优选地，所述拉拔的道次变形量控制在15～25％，进行7～11次拉拔，拉拔至第4～6道次后进行一次中间退火，退火时间为3～5min，退火温度为350～400℃。
与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：
1.在室温干摩擦磨损试验条件下，本发明的Mg-Al-Zn-Gd-Ce镁铝锌钆铈合金焊丝堆焊后，其相对耐磨性可达3.29(使用AZ31镁合金铸锭作为对比材料)
2.采用电阻丝加热的方式，设备简单易实现，成本较低，同时拉拔模具不需要加热，对模具要求较低，同时增加了模具使用寿命。
3.拉拔过程中采取了较高的拉拔速度和较大的道次变形量，同时中间退火前的累计变形量大，退火次数较少，极大提高了生产效率。一般丝材从Φ7mm拉拔到Φ1.5mm只需拉拔7～11道次，中间退火1次；而使用传统冷拉拔的方法需要拉拔20道次，退火4～8次。因此使用本工艺方法在提高生产效率的同时降低了能耗和成本，表明了本工艺方法的先进性。
附图说明
图1为镁合金丝热拉拔装置原理结构示意图，附图标记如下：
图中，1.送丝盘，2.镁铝锌钆铈合金丝，3.管式加热炉，4.控温仪表，5.拉丝模具，6.收丝盘，7.驱动电机；
图2是本发明镁铝锌钆铈合金热拉拔装置中拉丝模具5的结构示意图，附图标记如下：
图中，8.润滑带，9.预工作带，10.定径工作带，11.出口带；
图3为本发明镁铝锌钆铈合金堆焊层金属摩擦磨损实验原理图，附图标记如下：
12.实验载荷，13.上传动轴，14试验销，15.对磨盘，16.下传动轴；
图4为实施例1中所得焊丝的典型金相组织；
图5为实施例1中堆焊金属的典型金相组织；
图6为实施例1中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
图7为实施例2中所得焊丝的典型金相组织；
图8为实施例2中堆焊金属的典型金相组织；
图9为实施例2中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
图10为实施例3中所得焊丝的典型金相组织；
图11为实施例3中堆焊金属的典型金相组织；
图12为实施例3中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
图13为实施例4中所得焊丝的典型金相组织；
图14为实施例4中堆焊金属的典型金相组织；
图15为实施例4中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
图16为实施例5中所得焊丝的典型金相组织；
图17为实施例5中堆焊金属的典型金相组织；
图18为实施例5中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
图19为实施例6中所得焊丝的典型金相组织；
图20为实施例6中堆焊金属的典型金相组织；
图21为实施例6中堆焊金属进行摩擦磨损实验后实验销表面扫描电镜照片。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所用耐高温润滑脂为山东长鸣化工有限公司生产的“长鸣600℃超高温润滑脂”
下述实施例中所用拉拔装置如图1所示，所述拉拔装置主要包括送丝盘1、管式加热炉3、拉丝模具5、收丝盘6。镁铝锌钆铈合金丝2缠绕在送丝盘1上，依次经过管式加热炉3、拉丝模具5后最终缠绕到收丝盘6上，收丝盘6采用驱动电机7驱动，其中，
所述拉丝模具5如图2所示，为中空的圆柱体，圆柱体内部由左到右依次是润滑带8、预工作带9、定径工作带10、出口带11，模锥角为7°，紧靠管式加热炉3放置，以防止丝材走出管式加热炉3后发生冷却；
所述管式加热炉3包括碳化硅管、电阻丝、石英棉；所述碳化硅管外层均匀缠绕电阻丝，中间开小孔插入热电偶，采用N分度号补偿导线与控温仪表联接；管式加热炉最外侧使用石英棉包裹。所述碳化硅管的内径为10mm。
本发明的摩擦磨损实验原理如图3，摩擦磨损实验于MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损实验机进行。将实验样品加工成尺寸为Ф4.85×12.5mm的实验销14后，一端安装在实验机的上传动轴13上，另一端与对磨盘15接触，对磨盘15材质为45号淬火钢。启动实验机，记录其摩擦系数和磨损率。实验载荷12为100N，速度为0.78m/s，磨损距离为1.5km。实验符合标准：ASTM G99-2005(2010)Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Appar；
本实施例中的Mg采用一级镁锭，Zn采用一级锌锭，Mn采用徐州市华天金属熔剂有限公司编号HT-Mn75锰剂(75％Mn含量)，Gd和Ce分别采用Mg-30Gd、Mg-30Ce中间合金加入，五号熔剂为商业购得。
实施例1
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至740℃，然后按照质量百分比加入3.38％的纯铝锭，1.26％的纯锌锭，0.50％的锰剂，5.86％的Mg-30Gd中间合金和8.43％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至695℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为363mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为12h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为6mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为360℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为64.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至280℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为9m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为15％，总拉拔道次为11。拉拔至第6道次后进行中间退火，退火温度为390℃，时间为5min。最终将直径为6mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径2.4mm。焊丝典型的金相组织如图4所示。由金相组织照片可以看出，焊丝中的晶粒发明了轻微的变形，晶粒直径约为5～15μm，晶粒内部含有大量由变形产生的孪晶。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图5所示，由图可以看出，堆焊后的金属的微观组织主要由α-Mg基体和块状和长条状的灰黑色β-Mg17Al12相组成，其尺寸分布不均，长度约为4～50μm。将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图6所示。可以看出，摩擦后的试样表面存在大量犁沟，这主要是由摩擦盘上的凸起和磨削颗粒的犁削作用导致的，此外，还存在少量裂纹和剥落坑，表明发生了轻微的剥层磨损。
实施例2
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至752℃，然后按照质量百分比加入2.60％的纯铝锭，0.30％的纯锌锭，0.43％的锰剂，9.10％的Mg-30Gd中间合金和12.00％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至707℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为380mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为15h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为4mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为390℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为72.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至275℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为12m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为18％，总拉拔道次为10。拉拔至第5道次后进行中间退火，退火温度为380℃，时间为3min。最终将直径为4mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径1.5mm。焊丝典型的金相组织如图7所示。由金相组织照片可以看出，焊丝中的晶粒发明了轻微的变形，晶粒直径约为6～20μm，晶粒内部存在大量孪晶。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图8所示。将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图9所示。可以看出，材料表面磨损现象较严重，发生了明显的剥层磨损，剥落坑尺寸较大且深。
实施例3
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至760℃，然后按照质量百分比加入2.83％的纯铝锭，0.64％的纯锌锭，0.61％的锰剂，10.76％的Mg-30Gd中间合金和9.19％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至680℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为370mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为21h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为4mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为380℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为72.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至235℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为7m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为20％，总拉拔道次为7。拉拔至第4道次后进行中间退火，退火温度为360℃，时间为6min。最终将直径为4mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径1.9mm。焊丝典型的金相组织如图10所示。由图可以看出，焊丝的微观组织以再结晶的晶粒为主，晶界平直，夹角约为120°。晶粒尺寸约为5～20μm，部分晶粒内部存在少量孪晶。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图11所示，由图可以看出，使用该成分焊丝堆焊后，β-Mg17Al12相的分布均匀且尺寸较小，仅为2～12μm将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图12所示。可以看出，磨损后的表面较为平整，并未观察到明显的裂纹和剥落坑，同时犁沟的深度也较小，表明材料具有较好的耐磨性能。
实施例4
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至735℃，然后按照质量百分比加入3.70％的纯铝锭，1.61％的纯锌锭，0.73％的锰剂，3.80％的Mg-30Gd中间合金和2.40％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至687℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为360mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为19h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为350℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为47.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至220℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为6m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为25％，总拉拔道次为8。拉拔至第4道次后进行中间退火，退火温度为350℃，时间为5min。最终将直径为7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径3.0mm。焊丝典型的金相组织如图13所示。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图14所示，由图可以看出，堆焊后的金属的微观组织主要由α-Mg基体和网状及块状的β-Mg17Al12组成。将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图15所示。
实施例5
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至738℃，然后按照质量百分比加入3.47％的纯铝锭，0.97％的纯锌锭，0.80％的锰剂，7.38％的Mg-30Gd中间合金和4.19％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至690℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为375mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为24h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为5mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为370℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为46.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至250℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为10m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为23％，总拉拔道次为9。拉拔至第5道次后进行中间退火，退火温度为370℃，时间为4min。最终将直径为5mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径1.6mm。焊丝典型的金相组织如图16所示。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图17所示。将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图18所示。
实施例6
采用电阻炉进行熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至765℃，然后按照质量百分比加入3.05％的纯铝锭，1.47％的纯锌锭，0.35％的锰剂，12.00％的Mg-30Gd中间合金和6.29％的Mg-30Ce中间合金。在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至695℃。在体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体的保护下进行半连续铸造，得直径为152mm，长度为368mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，铸造速度为90mm/min，冷却水量为60L/min。对铸锭进行均匀化退火，温度为410℃，时间为17h。对均匀化退火后的铸锭进行车削加工，获得直径为140mm，高为340mm的圆柱体锭坯。使用FOUNDRY-MASTER PRO型直读火花光谱仪对铸锭成分进行检测，结果如表1所示。
采用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为6mm的粗镁铝锌钆铈合金丝。挤压温度为360℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为64.2。
采用拉拔装置对所得的粗镁铝锌钆铈合金丝进行拉拔。拉拔前在粗镁铝锌钆铈合金丝表面涂抹耐高温润滑脂并将其缠绕在送丝盘1上，前端经砂轮机打磨后使其能够穿过拉丝模具5。将前段加工后的粗镁铝锌钆铈合金丝依次穿过管式加热炉3、拉丝模具5，并连接到收丝盘上6。打开管式加热炉3进行加热，待温度升至256℃后打开驱动电机7进行拉拔，拉拔速度为5m/min。每道次拉拔结束后更换下一道次拉丝模具5。平均道次变形量为19％，总拉拔道次为11。拉拔至第6道次后进行中间退火，退火温度为380℃，时间为6min。最终将直径为6mm的粗镁铝锌钆铈合金丝拉拔至直径2.0mm。焊丝典型的金相组织如图19所示。
在AZ31镁合金板表面使用所得的镁铝锌钆铈合金丝进行堆焊，焊后堆焊层金属尺寸为Ф21×30(±0.5)mm。堆焊层金属的典型微观组织如图20所示。将其加工成尺寸为Ф4.85×12.5(±0.05)mm的试验销，并使用MMD-1型常温干式滑动摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨盘为45号淬火钢，载荷为100N，滑动速度为0.78m/s，滑动距离为1500m。实验结果见表2。实验后使用SSX-550型扫描电子显微镜对实验销表面进行观察，其形貌如图21所示。
表1直读火花光谱仪所检测到的铸锭成分
表1为使用直读火花光谱仪对实施例中所得铸锭成分进行检测后的检测结果；
表2堆焊层金属摩擦磨损性能
表2为使用实施例中所得焊丝进行堆焊后，对堆焊金属耐磨性进行检测后的检测结果。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。

Claims (8)

1.一种镁铝锌钆铈合金堆焊焊丝，其特征在于：所述堆焊焊丝材质为镁铝锌钆铈合金，所述焊丝直径为1.5～3.0mm，所述镁铝锌钆铈合金化学成分按质量百分比为：Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd 0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg，
所述焊丝按下述方法制备：所述方法包括拉拔的步骤：对直径4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝进行至少一次拉拔，拉拔过程中，在进入拉丝模具前对粗镁铝锌钆铈合金丝进行在线连续加热；所述拉拔温度为220～280℃，粗镁铝锌钆铈合金丝移动速度为5～12m/min。
2.权利要求1所述焊丝的制备方法，其特征在于：所述方法包括拉拔的步骤：对直径4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝进行至少一次拉拔，拉拔过程中，在进入拉丝模具前对粗镁铝锌钆铈合金丝进行在线连续加热；所述拉拔温度为220～280℃，粗镁铝锌钆铈合金丝移动速度为5～12m/min。
3.根据权利要求2所述焊丝的制备方法，其特征在于：所述拉拔的道次变形量控制在15～25％，进行7～11次拉拔，拉拔至第4～6道次后进行一次中间退火，退火时间为3～5min，退火温度为350～400℃。
4.根据权利要求2所述焊丝的制备方法，其特征在于：以Al 2.47～3.55％，Zn 0.29～1.50％，Mn 0.26～0.56％，Gd 0.80～2.54％，Ce 0.49～2.38％，余量为Mg的比例将合金原料金属进行熔炼得到镁铝锌钆铈合金锭坯；对热处理后的锭坯进行挤压，制备直径为4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝；对粗镁铝锌钆铈合金丝进行至少一次拉拔，拉拔过程中，在进入拉丝模具前对粗镁铝锌钆铈合金丝进行在线连续加热，最终得到直径为1.5～3.0mm的镁铝锌钆铈合金细焊丝。
5.一种用于制备权利要求1所述焊丝的拉拔装置，其特征在于：所述拉拔装置包括：
送丝机构；
接收来自送丝机构的粗镁铝锌钆铈合金丝的连续加热机构，所述连续加热机构对在其内通过的粗镁铝锌钆铈合金丝进行连续恒温加热；
接收来自连续加热机构的拉丝模具，所述拉丝模具的入口端接触连续加热机构的出口端；
接收来自拉丝模具的细镁铝锌钆铈合金丝的收丝机构。
6.根据权利要求5所述用于制备焊丝的拉拔装置，其特征在于：所述连续加热机构为管式加热炉。
7.根据权利要求2所述焊丝的制备方法，其特征在于：所述拉拔工艺于权利要求5所述的拉拔装置中进行：
将粗镁铝锌钆铈合金丝置于送丝机构中，并将其一端依次穿过连续加热机构、拉丝模具，最后连接到收丝机构上；开启连续加热机构，待温度升至220～280℃后进行拉拔，粗镁铝锌钆铈合金丝移动速度为5～12m/min；如需要，换上孔径更小的拉丝模具重复拉拔，直到得到所需尺寸的镁铝锌钆铈合金焊丝。
8.根据权利要求4所述焊丝的制备方法，其特征在于：所述直径4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝按下述方法制得：
采用电阻炉熔炼，在五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至735℃～765℃，然后按照质量百分比依次加入0.30～1.61％的纯锌锭，2.60～3.70％的纯铝锭，0.35～0.80％的锰剂，其中锰剂中Mn含量为75％，3.80～12.00％的Mg-30Gd中间合金和2.40～12.00％的Mg-30Ce中间合金；在730℃使用五号熔剂对所得的镁铝锌钆铈合金熔体进行净化处理，经搅拌、静置、扒渣后降温至680℃～710℃；进行半连续铸造，得到直径为Ф152mm的镁铝锌钆铈合金铸锭，熔炼和铸造过程中使用体积比为CO2:SF6＝10:1的混合气体进行保护；在410℃下均匀化退火12～24h，然后将镁铝锌钆铈合金铸锭车削成直径为Ф140mm的锭坯；利用卧式反向挤压机对锭坯进行挤压，得到直径为4～7mm的粗镁铝锌钆铈合金丝，挤压筒直径为150mm，挤压温度为350～390℃，挤压速度为1.2mm/s，挤压比为47.2～72.2。
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