CN100430503C - 一种高强度az91hp镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镁合金制备技术,具体为一种高强度AZ91HP镁合金及其制备方法。该合金为镁铝系合金体系,其成分为Mg-9%Al-1%Zn(质量百分比)组成,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm。本发明镁合金采用铜模浇铸的方法制备,铜模浇铸工艺的快速冷却使合金的晶粒细化,第二相均匀、弥散分布,从而使该镁合金具有高的压缩强度和塑性。本发明开发了一种制备高压缩强度AZ91HP镁合金的新方法,拓展了镁合金材料的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金制备技术,具体为一种高强度AZ91HP镁合金及其制备方法。
背景技术
环保、节能是21世纪人类社会可持续发展的重大战略要求。镁具有储量丰富、重量轻、比强度高、减震性好等一系列优点,是理想的环保、节能材料,符合可持续发展的要求。近年来受到人们广泛关注,其应用领域不断拓宽。采用传统方法生产的镁合金往往强度低、耐腐蚀性能差,因此,如何改善镁合金力学性能成为镁合金材料研究领域的前沿和热点。镁合金材料力学性能的改善对镁合金材料的应用具有重大现实意义。
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,但与铝合金相比,镁合金的研究和发展还很不充分,镁合金的应用也还很有限。目前,镁合金的产量只有铝合金的1%。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件,其中90%以上是压铸件。限制镁合金广泛应用的主要问题是:由于镁元素极为活泼,镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧,因此,镁合金的生产难度很大;镁合金的生产技术还不成熟和完善,特别是镁合金成形技术有待进一步发展;镁合金的耐蚀性较差;现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低,限制了镁合金在高温(150~350℃)场合的应用;镁合金的常温力学性能,特别是强度和塑韧性有待进一步提高。
近年来,各国学者对镁合金材料进行了深入研究,特别是在如何改善力学性能方面做了大量的工作。目前,改善镁合金力学性能的途径主要有形***化、晶粒细化、合金化、热处理、镁合金与陶瓷相复合等多种方法。
耐蚀高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍,超过了压铸铝合金A380,比低碳钢还好得多。目前,AZ91HP镁合金的熔炼工艺为熔剂法和无熔剂熔炼法,其不足之处在于:盐和氟盐高温下易挥发产生某些有毒气体,熔剂挥发的气体如HCl有可能渗入合金液,成为材料使用过程中的腐蚀源,加速材料的腐蚀,降低材料的使用寿命。AZ91HP镁合金的铸造工艺为压铸技术和半固态成形技术,其不足之处在于:镁合金压铸时,由于压射速度高,当镁液充填到模具型腔时,不可避免会有金属液紊流及卷气现象发生,造成工件内部和表面产生孔洞缺陷,因此对于要求高的铸件,如何提高其成品率是镁合金压铸所面临的主要问题之一。镁合金的半固态成形技术包括触变铸造,其制备预制坯料需要巨大的投资,而且关键技术为国外少数几家公司所垄断,导致其成本居高不下,仅适于制造需高强度的关键零件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度AZ91HP镁合金及其制备方法,该方法工艺成本低且简便易行,获得的镁合金具有较高压缩强度和塑性。
本发明的技术方案是:
本发明提供了一种高强度AZ91HP镁合金,镁合金组织由初晶α-Mg和第二相β-Mg17Al12组成,其中,初晶α-Mg所占的体积分数为0.6-0.8,第二相β-Mg17Al12所占的体积分数为0.2-0.4,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm。
所制备的快速凝固AZ91HP镁合金力学性能指标如下:
压缩屈服强度σ0.2=170-190Mpa;
压缩断裂强度σf=360-395Mpa;
压缩塑性应变εp=4%-8%。
所述的制备高强度AZ91HP镁合金的方法,采用铜模浇铸来制备快速凝固AZ91HP镁合金样品,镁合金晶粒得到细化,由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化,使得AZ91HP镁合金的强度得以提高。铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-1~10-3Pa,温度500~700℃,冷却速度10~102K/s。
本发明具有的优点:
1、本发明采用了AZ91HP镁合金,无需通过形***化和合金化来改善镁合金的力学性能,而是通过铜模浇铸来增大冷却速率,使晶粒得到细化以获得高强度AZ91HP镁合金,工艺成本低且简便易行。
2、本发明涉及镁合金为镁铝系合金体系,其成分为Mg-9%Al-1%Zn(质量百分比)组成,采用铜模浇铸的方法制备。铜模浇铸工艺的快速冷却使合金的晶粒细化,第二相均匀、弥散分布,从而使该镁合金具有高的压缩强度和塑性。本发明开发了一种制备高压缩强度AZ91HP镁合金的新方法,拓展了镁合金材料的应用领域。
附图说明
图1为铜模冷却AZ91HP的X-射线谱。
图2为铜模冷却AZ91HP的光学照片。
图3为铜模冷却AZ91HP的背散射照片。
具体实施方式
以下通过实施例详述本发明。
实施例1
AZ91HP镁合金成分包括:90.023%Mg,8.97%Al,0.714%Zn,0.265%Mn,0.0078%Si,0.0019%Cu,0.001%Ni,0.0073%Fe和0.01%其它杂质(质量百分比)。
本发明AZ91HP镁合金冶炼方法为常规技术,本实施例镁合金采用真空熔炼,具体工艺参数有:真空度10-1~10-3Pa,加热温度700~850℃。将获得的合金液体在真空度10-2Pa、温度600℃下,通过铜模浇铸来增大冷却速率,冷却速度50K/s,使晶粒得到细化,以获得高强度AZ91HP镁合金。镁合金组织由初晶α-Mg和第二相β-Mg17Al12组成,本实施例中,初晶α-Mg所占的体积分数为0.6-0.7,第二相β-Mg17Al12所占的体积分数为0.3-0.4,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm,结果见图1-3。
图1为铜模冷却AZ91HP的X-射线谱。经X射线衍射分析可知,图1中该合金包括α-Mg、β-Mg17Al12、Al8Mn5三相,其中Al8Mn5相尺寸小、数量少,很难在光学显微镜下观察到。从图中可以明显看出快速凝固样品的衍射谱比较宽,这可能是由于显微组织存在内应力所引起的。
图2为铜模冷却AZ91HP的光学照片。图2给出了其典型的组织:共晶组织中的α-Mg先依附在原有的先共晶的α-Mg上,具有黑色轮廓线的离异共晶β-Mg17Al12以不规则的块状分布于晶界上,然后析出片层状的二次β-Mg17Al12。
图3为铜模冷却AZ91HP的背散射照片。由于Al8Mn5相在光学显微镜下很难被观察到,但是在扫描电镜的背散射照片中很容易被观察到,这些颗粒细小、均匀的分布在基体上,粒度在3μm以下,为杂质相,对镁合金性能影响很小,其体积分数含量在5%以下。
由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化,使得AZ91HP镁合金的强度得以提高,该合金具有较高的压缩强度,其性能指标如下:压缩屈服强度σ0.2=185MPa;压缩断裂强度σf=370MPa;压缩塑性应变εp=4.6%。
相关比较例1
AZ91HP镁合金冶炼方法具体工艺参数同上,铸造过程是采用的镁合金液浇注温度为690℃,初始模具的温度为420℃,内浇口速度为0.5m/s。
性能指标如下:压缩屈服强度σ0.2=135MPa;压缩断裂强度σf=275MPa;压缩塑性应变εp=3.16%。
实施例2
与实施例1不同之处在于:
将镁合金液体在真空度10-1Pa、温度500℃下,通过铜模浇铸来增大冷却速率,冷却速度10K/s,使晶粒得到细化,以获得高强度AZ91HP镁合金。本实施例中,初晶α-Mg所占的体积分数为0.65-0.75,第二相β-Mg17Al12所占的体积分数为0.25-0.35,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化,使得AZ91HP镁合金的强度得以提高,该合金具有较高的压缩强度,其性能指标如下:压缩屈服强度σ0.2=170MPa;压缩断裂强度σf=360MPa;压缩塑性应变εp=4%。
实施例3
与实施例1不同之处在于:
将镁合金液体在真空度10-3Pa、温度700℃下,通过铜模浇铸来增大冷却速率,冷却速度102K/s,使晶粒得到细化,以获得高强度AZ91HP镁合金。本实施例中,初晶α-Mg所占的体积分数为0.6-0.7,第二相β-Mg17Al12所占的体积分数为0.3-0.4,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化,使得AZ91HP镁合金的强度得以提高,该合金具有较高的压缩强度,其性能指标如下:压缩屈服强度σ0.2=190MPa;压缩断裂强度σf=395MPa;压缩塑性应变εp=8%。
Claims (4)
1、一种高强度AZ91HP镁合金,其特征在于:镁合金组织由初晶α-Mg和第二相β-Mg17Al12组成,其中,初晶α-Mg所占的体积分数为0.6-0.8,第二相β-Mg17Al12所占的体积分数为0.2-0.4,该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-20μm,第二相β-Mg17Al12粒子均匀、弥散分布,粒径为3-5μm,二次枝晶间距为6-10μm。
2、按照权利要求1所述的高强度AZ91HP镁合金的制备方法,其特征在于:采用铜模浇铸来制备快速凝固AZ91HP镁合金样品,使镁合金晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化,使得AZ91HP镁合金的强度得以提高。
3、按照权利要求2所述的高强度AZ91HP镁合金的制备方法,其特征在于铜模浇铸具体工艺参数如下:真空度10-1~10-3Pa,温度500~700℃,冷却速度10~102K/s。
4、按照权利要求2所述的高强度AZ91HP镁合金的制备方法,其特征在于所得镁合金力学性能指标如下:压缩屈服强度σ0.2=170-190MPa;压缩断裂强度σf=360-395MPa;压缩塑性应变εp=4%-8%。
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