CN1876871A - 用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金 - Google Patents

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CN1876871A CN 200610028334 CN200610028334A CN1876871A CN 1876871 A CN1876871 A CN 1876871A CN 200610028334 CN200610028334 CN 200610028334 CN 200610028334 A CN200610028334 A CN 200610028334A CN 1876871 A CN1876871 A CN 1876871A
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王迎新
曾小勤
蒋海燕
丁文江
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Light-Alloy Co Ltd Of American Gree Of Shanghai
Shanghai Jiaotong University
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Light-Alloy Co Ltd Of American Gree Of Shanghai
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明涉及一种用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金，该合金在进行高速挤压的同时可以保持较高的力学性能，属于金属材料技术领域。本发明所开发的变形镁合金各组分的重量百分比为：2－5％Al、0.1－0.7％Mn，其余为Mg9995。本发明所开发的变形镁合金可以进行高速挤压生产，挤压终了产品的晶粒细小且具有较高的力学性能，可以用于生产车窗框架、座椅骨架等汽车部件；还可以挤压成棒材，作为航空航天领域的零部件坯料。

Description

用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金
技术领域
本发明涉及一种用于进行高速挤压的Mg-Al系变形镁合金，该合金在进行高速挤压的同时可以保持较高的力学性能。属于金属材料技术领域。
背景技术
镁合金是密度最小的金属结构材料之一，被誉为“21世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”。近年来汽车工业的迅猛发展以及紧迫的汽车轻量化(节能、安全、环保)要求使镁合金在汽车上的用量迅速增长。变形镁合金材料可以提供尺寸多样的板、棒、型材及锻件产品，并且可以通过材料组织结构控制，热处理工艺改进，获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足多样化结构件的要求，这刚好适合汽车中越来越多地采用压力加工产品的特点。因此，变形镁合金及其制品将代表21世纪镁合金在汽车工业中更高层次的应用方向，其应用领域可进一步扩大到航天航空、交通运输、电子器件、体育、办公，尤其是军工领域，发展变形镁合金及其变形加工技术具有重要的意义。
Mg-Al-Zn系合金是常用的商用变形镁合金，这与其可挤压性能高和良好的综合力学性能是分不开的。Al元素在镁中有很大的室温固溶强化能力，如果需要高的屈服强度，Al含量可以增加到8％左右。但是，在此合金系中，低的Al含量是经常所采用的，因为低的Al含量可以显著的提高其最大的可挤压速度，以降低生产成本，其中AZ31合金的最大挤压速度可以达到20m/min，当Al含量增大至8％，即AZ80合金，其最大挤压速度只有2m/min左右，生产成本很高。因此，AZ31合金是目前最常用的商用变形镁合金。但是随着挤压速度的增大，挤压过程中产生的温升也升高，而使得在模具出口处的温度急剧上升，这样会造成挤压终了产品显著的晶粒长大(张青来，卢晨，丁文江，分流挤压镁合金管材工艺研究，轻合金加工技术，2003，31(10)，28-30)。同时，AZ31合金中的强化相只有Mg17Al12，由于其较低的高温稳定性，在挤压过程中会熔解掉，并不能形成足够的钉扎以阻止晶粒的长大(袁广银，孙扬善，张为民，Bi对铸造镁合金组织和力学性能的影响，铸造，1998，5，p5-7)，使得挤压终了产品的力学性能较低。要保持挤压终了产品较高的力学性能，则AZ31合金的挤压速度不能大于10m/min，这就间接的增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于针对AZ31合金在高速挤压过程中的不足，提供一种用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金，该变形镁合金可用于进行高速的挤压生产，降低生产成本，挤压终了产品晶粒细小且具有较高力学性能。
本发明所开发的变形镁合金各组分的重量百分比为：2-5％Al、0.1-0.7％Mn，其余为Mg9995。
Mg9995的成分参照GB/T 3499-2003，其中限制杂质元素Si≤0.01％、Ni≤0.001％、Cu≤0.002％、Fe≤0.003％。
本发明所开发的变形镁合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相似，将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入纯镁锭(Mg9995)和纯铝锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成实心圆铸锭。
本发明具有以下有益效果：
1、所开发的变形Mg-Al合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相似，容易操作。
2、所开发的变形Mg-Al合金由于具有较低的Al含量，可以进行高速的挤压生产，以降低生产成本。
3、所开发的变形Mg-Al合金由于其不含有Zn元素，使得合金基体中没有低熔点的Mg17Al12相存在，而在高速挤压的过程中会析出细小弥散的Al-Mn合金颗粒，这些Al-Mn合金颗粒具有较高的熔点(＞720℃)，在挤压过程中不会熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉扎作用以阻止其长大，细小的晶粒决定了其挤压终了产品具有较高的力学性能。
4、所开发的变形Mg-Al合金由于其在挤压后具有较高的力学性能，可以用于生产车窗框架、座椅骨架等汽车部件；还可以挤压成棒材，作为航空航天领域的零部件坯料。
附图说明
图1为本发明实施例的Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的SEM形貌和EDX分析。
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
合金各组分的重量百分比为：2％Al、0.1％Mn，其余为Mg9995，将此成分的合金命名为Mg-2Al-0.1Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量97.9％的纯镁锭(Mg9995)和2％的纯铝锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入占总合金量0.1％、预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-2Al-0.1Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终了产品的力学性能如下表所示：
  抗拉强度/MPa   屈服强度/MPa   延伸率/％   晶粒尺寸/μm
 AZ31   260   135   18   35
 Mg-2Al-0.1Mn   255   140   20   16
实施例2
合金各组分的重量百分比为：3％Al、0.3％Mn，其余为Mg9995，将此成分的合金命名为Mg-3Al-0.3Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量96.7％的纯镁锭(Mg9995)和3％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.3％、预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-3Al-0.3Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终了产品的力学性能如下表所示：
  抗拉强度/MPa   屈服强度/MPa     延伸率/％     晶粒尺寸/μm
 AZ31   260   135     18     35
 Mg-3Al-0.3Mn   269   171     16     11
实施例3
合金各组分的重量百分比为：4％Al、0.5％Mn，其余为Mg9995，将此成分的合金命名为Mg-4Al-0.5Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量95.5％的纯镁锭(Mg9995)和4％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.5％、预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-4Al-0.5Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终了产品的力学性能如下表所示：
  抗拉强度/MPa   屈服强度/MPa   延伸率/％     晶粒尺寸/μm
 AZ31   260   135   18     35
 Mg-4Al-0.5Mn   275   179   14     10
图1为Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的扫描电子显微镜(SEM)形貌和X-射线电子衍射(EDX)分析。在高速挤压过程中会析出细小弥散的颗粒相(如图1(a)所示)，由图1(c)可知，这些细小的颗粒相为Al-Mn相，Al-Mn相具有较高的熔点(＞720℃)，在挤压过程中不会熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉扎作用(如图1(b)所示)以阻止其长大。
实施例4
合金各组分的重量百分比为：5％Al、0.7％Mn，其余为Mg9995，将此成分的合金命名为Mg-5Al-0.7Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量94.3％的纯镁锭(Mg9995)和5％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.7％、预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-5Al-0.7Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终了产品的力学性能如下表所示：
  抗拉强度/MPa   屈服强度/MPa   延伸率/％   晶粒尺寸/μm
 AZ31   260   135   18   35
 Mg-5Al-0.7Mn   285   185   10   10

Claims (2)

1、一种用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为：2-5％Al、0.1-0.7％Mn，其余为Mg9995。
2、一种权利要求1的镁铝系变形镁合金的应用，其特征在于用于生产汽车车窗框架、座椅骨架；或挤压成棒材，作为航空航天领域的零部件坯料。
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