CN109295331A - 一种镁合金装甲件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种镁合金装甲件及其制备方法，合金成分的重量百分比为：Gd5.0～11％，Y0.3～4.0％，Zr0.08～0.6％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg；制备步骤：以高纯镁锭、镁钆中间合金、镁钇中间合金、镁锆中间合金为原料，按镁合金成分进行称重配料；镁合金铸锭熔铸：铸锭均匀化处理；热轧；时效处理。本发明以镁合金作为原料，通过优化设计成分配比，采用轧制工艺进行制备，制备工艺简单、可进行大规模工业生产，制备的装甲件不仅重量轻，还具有优异的防护性能，可应用于对轻武器有防护要求的特种车辆、无人平台等装备上。

Description

一种镁合金装甲件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种装甲防护件及其制备方法，尤其涉及一种镁合金装甲件及其制备方法。
背景技术
装甲防护件是装于特定场所或设于单个特定设备或操作岗位周围的屏障，以防止人员、物资或设备受到可能发生的局部火灾或爆炸侵害的金属防护体。随着时代的进步和战争形态的转变，世界各国武器装备呈现无人化、轻量化的发展趋势，这就对包括直升机、装甲车辆及舰船在内的武器装备防护装甲材料提出了更高的要求。
装甲防护力的强弱，取决于装甲的质量、厚度、结构和外形等，可靠的装甲防护是构成武器装备生存力的基础。装甲防护材料要由传统钢铁材料向钛合金、铝合金及镁合金转变，在不降低防护能力的基础上，不断降低装甲件的重量。镁合金作为可用的最轻结构材料是制备武器装备装甲件最具吸引力的材料，但由于其力学性能和加工性能的矛盾性，虽然有一些高强稀土镁合金材料的发明，却一直没有出现镁合金装甲件，因此还需要不断优化设计成分配比和制备工艺的探索，并在大量的抗弹试验基础上才能研制出合适的镁合金装甲件。
经查，现有专利号为CN201810581633的中国专利《一种轻质封装复合装甲及其制造工艺》，该轻质封装复合装甲结构以金属、陶瓷及金属陶瓷复合结构等结构作为内装甲，以超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料作为外封装，采用双股纤维预浸料交替正交缠绕包裹封装内装甲，并置于模具中热压成型的一体成型工艺。该装甲是将超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料封装内装甲，在面密度无明显增加的情况下，有效提升装甲防弹性能，其内装甲的金属是采用铝板或者陶瓷/金属，虽然在装甲的性能方面得到了提升，但是复合装甲制备工艺还是比较复杂。
目前，关于镁合金装甲件的制备方法还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种重量轻、防护能力较好的镁合金装甲件。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种工艺简单、可进行大规模工业生产的镁合金装甲件的制备方法，制备的镁合金装甲件具有重量轻、防护能力较好的特点。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种镁合金装甲件，其特征在于：该装甲件的合金成分的重量百分比为：Gd5.0～11％，Y0.3～4.0％，Zr0.08～0.6％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述镁合金装甲件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以高纯镁锭、镁钆中间合金、镁钇中间合金、镁锆中间合金为原料，按镁合金成分进行称重配料；
2)镁合金铸锭熔铸：在保护气体环境下，对上述原材料进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，加热至750℃～780℃充分熔化，进行充分的机械搅拌，静置30min～50min，除渣，再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置10min～20min后进行浇注，浇注温度690～710℃，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，得到方形铸锭；
3)铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为480℃～520℃，固溶处理时间为22～26h；
4)热轧：轧制温度410℃～490℃，轧制速度60～120mm/s，总加工率＞70％，道次加工率5％～25％；
5)时效处理：时效温度200℃～280℃，时效时间12～36h。
进一步，所述步骤2)原材料熔化后，降温至710℃～730℃进行充分的机械搅拌。
进一步，所述步骤2)浇注以前，需要对镁合金熔体的合金主元素与杂质元素含量进行检测，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求。
最后，所述步骤2)的浇注是在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，得到半连续的方形铸锭。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用高强镁合金作为装甲防护材料，不仅重量轻，还具有优异的防护性能，填补了镁合金装甲件的市场空白。本发明通过优化设计成分配比，采用轧制工艺进行制备，制备工艺简单、可进行大规模工业生产，制备的装甲件性能优异，可应用于对轻武器有防护要求的各种特种车辆及无人平台等装备上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例镁合金装甲件的制备方法按以下步骤进行：
一、按照如下成分配比(重量比)进行配料：Gd为10.5％，Y为2.5％，Zr为0.1％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
二、熔铸：按照上述比例将Mg～Gd，Mg～Y，Mg～Zr中间合金和全部的纯Mg入炉进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，升温至750℃～780℃充分熔化，降至710℃～730℃后搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；然后再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置30min～50min，除渣得到镁合金熔体；对镁合金熔体进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；
静置10min～20min后，将成分合格镁合金熔体降温至695～710℃进行浇注，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，铸出厚度(200mm)×宽度(300mm)×长度(500mm)的半连续的方形铸锭；
三、铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为505℃，固溶处理时间为24h；
四、热轧：轧制温度480℃，轧制速度60mm/s，总加工率＞75％，道次加工率20％；
五、时效：时效温度(240℃)×时效时间(32h)。
对制备的装甲件进行检测，得出本实施例制备的镁合金装甲件在抗7.62mm普通弹的防护性能方面优于等重条件下的7A52铝合金装甲件。
实施例2
本实施例镁合金装甲件的制备方法按以下步骤进行：
一、按照如下成分配比(重量比)进行配料：Gd为9％，Y为3.0％，Zr为0.1％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
二、熔铸：按照上述比例将Mg～Gd，Mg～Y，Mg～Zr中间合金和全部的纯Mg入炉进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，升温至750℃～780℃充分熔化，降至710℃～730℃后搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；然后再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置30min～50min，除渣得到镁合金熔体；对镁合金熔体进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；
静置10min～20min后，将成分合格镁合金熔体降温至695～710℃进行浇注，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，铸出厚度(200mm)×宽度(300mm)×长度(500mm)的半连续的方形铸锭；
三、铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为495℃，固溶处理时间为24h；
四、热轧：轧制温度480℃，轧制速度80mm/s，总加工率＞75％，道次加工率15％；
五、时效：时效温度(240℃)×时效时间(28h)。
对制备的装甲件进行检测，得出本实施例制备的镁合金装甲件在抗7.62mm穿燃弹的防护性能方面优于等重条件下的7A52铝合金装甲件。
实施例3
本实施例镁合金装甲件的制备方法按以下步骤进行：
一、按照如下成分配比(重量比)进行配料：Gd为8％，Y为3.0％，Zr为0.4％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
二、熔铸：按照上述比例将Mg～Gd，Mg～Y，Mg～Zr中间合金和全部的纯Mg入炉进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，升温至750℃～780℃充分熔化，降至710℃～730℃后搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；然后再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置30min～50min，除渣得到镁合金熔体；对镁合金熔体进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；
静置10min～20min后，将成分合格镁合金熔体降温至695～710℃进行浇注，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，铸出厚度(200mm)×宽度(300mm)×长度(500mm)的半连续的方形铸锭；
三、铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为490℃，固溶处理时间为24h；
四、热轧：轧制温度480℃，轧制速度100mm/s，总加工率＞70％，道次加工率10％；
五、时效：时效温度(240℃)×时效时间(24h)。
对制备的装甲件进行检测，得出本实施例制备的镁合金装甲件在抗12.7mm穿燃弹的防护性能方面优于等重条件下的7A52铝合金装甲件。
实施例4
本实施例镁合金装甲件的制备方法按以下步骤进行：
一、按照如下成分配比(重量比)进行配料：Gd为6％，Y为3.5％，Zr为0.5％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
二、熔铸：按照上述比例将Mg～Gd，Mg～Y，Mg～Zr中间合金和全部的纯Mg入炉进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，升温至750℃～780℃充分熔化，降至710℃～730℃后搅拌，同时通过精炼剂的成分与杂质元素的化学反应，产生上浮和下沉难熔物质，并通过后续的扒渣工艺达到降杂目的；然后再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置30min～50min，除渣得到镁合金熔体；对镁合金熔体进行合金主元素与杂质元素含量检测，以达到主合金元素配比及杂质控制要求，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求；
静置10min～20min后，将成分合格镁合金熔体降温至695～710℃进行浇注，在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，铸出厚度(200mm)×宽度(300mm)×长度(500mm)的半连续的方形铸锭；
三、铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为480℃，固溶处理时间为24h；
四、热轧：轧制温度480℃，轧制速度60mm/s，总加工率＞70％，道次加工率15％；
五、时效：时效温度(240℃)×时效时间(16h)。
对制备的装甲件进行检测，得出本实施例制备的镁合金装甲件在抗破片模拟弹的防护性能方面优于等重条件下的7A52铝合金装甲件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种镁合金装甲件，其特征在于：该装甲件的合金成分的重量百分比为：Gd5.0～11％，Y0.3～4.0％，Zr0.08～0.6％，Si≤0.03％，Fe≤0.05％，Ca≤0.03％，Cu≤0.01％，Ni≤0.005％，单个杂质含量≤0.05％，杂质总含量≤0.30％，其余为Mg。
2.一种根据权利要求1所述的镁合金装甲件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以高纯镁锭、镁钆中间合金、镁钇中间合金、镁锆中间合金为原料，按镁合金成分进行称重配料；
2)镁合金铸锭熔铸：在保护气体环境下，对上述原材料进行加热熔化，用精炼剂覆盖保护，加热至750℃～780℃充分熔化，进行充分的机械搅拌，静置30min～50min，除渣，再次加入精炼剂进行覆盖保护，静置10min～20min后进行浇注，浇注温度690～710℃，铸造速度75～85mm/min，冷却水压0.7～0.9×106Pa，冷却水流量≥15m3/h，得到方形铸锭；
3)铸锭均匀化处理：将方形铸锭放入热处理炉进行均匀化处理，均匀化温度为480℃～520℃，固溶处理时间为22～26h；
4)热轧：轧制温度410℃～490℃，轧制速度60～120mm/s，总加工率＞70％，道次加工率5％～25％；
5)时效处理：时效温度200℃～280℃，时效时间12～36h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)原材料熔化后，降温至710℃～730℃进行充分的机械搅拌。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)浇注以前，需要对镁合金熔体的合金主元素与杂质元素含量进行检测，检测不合格则进行成分调整或除渣降杂调整，直至满足主合金元素配比及杂质控制要求。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的浇注是在保护气体环境下，进行半连续铸锭铸造，得到半连续的方形铸锭。
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