CN1651585A - Mg－Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Mg－Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法，采用电磁感应炉将纯铝熔化并升温至780～820℃后，在铝液表面撒上一层铝合金覆盖剂，覆盖剂熔化后再加入K2TiF6和KBF4两种盐的混合物，保温20～30分钟后将温度升至1000～1200℃，将铝液表面的盐层扒出，再将温度降至780～820℃，除渣，加入纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭，即得到Mg－Al系镁合金晶粒细化剂，细化剂的组分及重量百分比为：Al：90.00～95.00％，Ti：3.0～5.0％，B：1.0～5.0％，Sr：0.5～1.0％。本发明制备的细化剂对Mg－Al系镁合金的细化效果好，可明显的细化变形Mg－Al系镁合金，并且使其强度和韧性得到显著的提高。

Description

Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法，利用制备的晶粒细化剂可使镁合金晶粒细化，并使其强度和韧性得到显著提高。属于金属材料技术领域。
背景技术
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，它具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼性能、切削加工性能、铸造性能好等优点。但是镁合金的强度和韧性却比较低，在Hall-patch(σ＝σ0+Kd-1/2)公式中，K值的大小与Taylor因子有关，而Taylor因子与合金中的滑移系的多少成反比。因此，密排六方的Taylor因子要大于面心立方与体心立方的金属，而使得晶粒大小对密排六方金属的影响更大。所以说，细晶粒的镁合金材料拥有更高的强度。同时，晶粒细化也可以提高镁合金材料的韧性。
迄今为止，Mg-Al系合金的晶粒细化方法已经有很多种，例如：过热法、Elfinal方法(加入FeCl3)、碳变质法、搅拌方法、添加微粒(Al4C3，AIN，SiC，TiC，CaC2)和溶质原子(Sr，B，Ce，Nd，Y，La，C)等。在这些方法当中，以碳变质法最为实用，因为其拥有低的变质温度和较好的细化效果，(Grain refiningmechanism of a carbon addition method in a Mg-Al magnesium alloy，ScriptaMaterialia 2003；49：pp1129-1132.)但是碳变质法通常是往镁合金中添加C2Cl6或者CCl4等含有碳原子的化合物，而这些化合物在变质过程中会放出大量的氯气，对环境和人体产生重大的危害，而且这种方法的衰退期比较短，一般在20～30分钟左右，因此在工业应用中，常常要进行二次变质，这样不仅加剧对环境的污染，而且会使镁合金的质量下降。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法，方法简单易行，不会对环境造成污染，利用较低的生产成本制备的镁合金晶粒细化剂可有效提高镁合金的力学性能和质量。
本发明制备Mg-Al系镁合金晶粒细化剂的方法具体如下：
采用电磁感应炉将纯铝熔化后，升温至780～820℃，在铝液表面撒上一层铝合金的覆盖剂，覆盖剂的厚度在0.8～1.2cm，待覆盖剂熔化后，加入K2TiF6和KBF4两种盐的混合物，然后保温20～30分钟，将温度升至1000～1200℃，将铝液表面的盐层扒出，再将温度降至78～820℃，除渣，加入纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭，即得到Mg-Al系镁合金晶粒细化剂。其中，K2TiF6的加入量为铝液重量的20～40％，KBF4的加入量为铝液重量的20～60％，纯Sr的加入量为铝液重量的1～2％。
利用本发明方法得到的一种用于Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂，其各组分的重量百分比(wt.％)为：铝(Al)90.00～95.00％，钛(Ti)3.00～5.00％，硼(B)1.0～5.00％，锶(Sr)0.5～1.0％。
本发明制备的晶粒细化剂在Mg-Al系镁合金细化的应用过程中，细化剂的添加量为0.1～1.0wt％，加入温度为720～800℃。
本发明的方法简单易行，生产成本低，制备的细化剂对Mg-Al系镁合金的细化效果好，可明显的细化变形Mg-Al系镁合金，并且使其强度和韧性得到显著的提高。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作详细描述。
实施例1
细化剂的制备：
采用电磁感应炉将纯铝熔化后，升温至780℃，在铝液表面撒上一层铝合金的覆盖剂，大约为一厘米厚，待覆盖剂熔化后，加入为铝液重量40％的K2TiF6和20％的KBF4两种盐的混合物，然后保温20分钟，将温度升至1000℃，将铝液表面的盐层扒出之后，将温度降至780℃，除渣，加入为铝液重量2％的纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭。
细化工艺：
在CO2+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭3000g，待合金熔化后，加入1.0wt％的细化剂，溶解后充分搅拌合金液，在730℃保温静置20分钟后，浇铸入金属型模具中。试样线切割为标准的拉伸试样。晶粒尺寸和拉伸性能的结果如下：
                晶粒尺寸(μm)   抗拉强度      屈服强度    延伸率(％)
                                (MPa)          (MPa)
未加细化剂      1100～1300      160～180      41～45       8～10
添加细化剂      150～200        170～190      45～48       11～13
实施例2
细化剂的制备：
采用电磁感应炉将纯铝熔化后，升温至800℃，在铝液表面撒上一层铝合金的覆盖剂，大约为0.8厘米厚，待覆盖剂熔化后，加入为铝液重量20％的K2TiF6和40％的KBF4两种盐的混合物，然后保温25分钟，将温度升至1100℃，将铝液表面的盐层扒出之后，再将温度降至800℃，除渣，加入为铝液重量1.5％的纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭。
细化工艺：
在CO2+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭3000g，待合金熔化后，加入0.5wt％的中间合金，溶解后充分搅拌合金液，在730℃保温静置20分钟后，浇铸入金属型模具中。试样线切割为标准的拉伸试样。晶粒尺寸和拉伸性能的结果如下：
              晶粒尺寸(μm)    抗拉强度    屈服强度    延伸率(％)
                                (MPa)      (MPa)
未加细化剂    1100～1300        160～180    41～45      8～10
添加细化剂    100～150          180～200    50～55      13～15
实施例3
细化剂的制备：
采用电磁感应炉将纯铝熔化后，升温至820℃，在铝液表面撒上一层铝合金的覆盖剂，大约为1.2厘米厚，待覆盖剂熔化后，加入为铝液重量30％的K2TiF6和60％的KBF4两种盐的混合物，然后保温30分钟，将温度升至1200℃，将铝液表面的盐层扒出之后，再将温度降至820℃，除渣，加入为铝液重量1％的纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭。
细化工艺：
在CO2+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭3000g，待合金熔化后，加入0.25wt％的中间合金，溶解后充分搅拌合金液，在730℃保温静置20分钟后，浇铸入金属型模具中。试样线切割为标准的拉伸试样。晶粒尺寸和拉伸性能的结果如下：
              晶粒尺寸(μm)    抗拉强度     屈服强度    延伸率(％)
                                (MPa)       (MPa)
未加细化剂    110～1300        160～180     41～45      8～10
添加细化剂    80～100          190～210     54～58      15～17

Claims (3)

1、一种Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂的制备方法，其特征在于采用电磁感应炉将纯铝熔化后，升温至780～820℃，在铝液表面撒上一层0.8～1.2cm厚的铝合金覆盖剂，待覆盖剂熔化后，加入K2TiF6和KBF4两种盐的混合物，然后保温20～30分钟，将温度升至1000～1200℃，将铝液表面的盐层扒出，再将温度降至780～820℃，除渣，加入纯Sr后搅拌均匀，除气后浇铸成中间合金锭，即得到Mg-Al系镁合金晶粒细化剂；其中，K2TiF6的加入量为铝液重量的20～40％，KBF4的加入量为铝液重量的20～60％，纯Sr的加入量为铝液重量的1～2％。
2、一种镁合金的晶粒细化剂，其特征在于各组分的重量百分比为：铝90.00～95.00％，钛3.00～5.00％，硼1.00～5.00％，锶0.5～1.0％。
3、一种权利要求2的镁合金的晶粒细化剂的应用，其特征在于用于Mg-Al系镁合金的细化，在镁合金的应用过程中，细化剂的添加量为0.1～1.0wt％，加入温度为720～800℃。
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