CN105755339A - 一种变形镁合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变形镁合金材料及其制备方法，该合金材料包含以下重量百分比的组分：Cu 4.1～4.6％；Al 0.1～0.5％；Ce 0.1～0.2％；Mn 0.05～1％；Sn 2.1～6.9％；Co 0.06～1％；Mg余量。本发明在获得高韧性的同时，也确保了合金具有较高的抗拉强度和屈服强度。添加了较多的Sn，Sn在Mg中的饱和固溶度随温度下降而快速降低的特性有利于促进高温硬质相Mg2Sn相的析出，容易获得弥散强化组织，从而提高镁合金的室温及高温力学性能；由于选择了稀土元素Ce，在实现微合金化的同时可得到最佳的韧化效果，并可以最大限度地减少由于合金化而产生的杂质和夹杂。

Description

一种变形镁合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金领域，具体涉及一种变形镁合金材料及其制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、高导热导电性、优良的阻尼减震性能和电磁屏蔽性能，优异的铸造成形性能和切削加工性能，并且易于回收利用。随着科学技术的逐步提高，推动了轻质高强镁基合金在航空航天、汽车制造、家电仪表、电子通讯等领域的广泛应用。但是，当前大多镁合金高温耐热性能较差，无法满足150℃以上的服役条件，使镁合金在工业领域的进一步发展受到了严重阻碍。
合金化是改善镁合金力学性能最有效的方法之一。稀土元素作为镁合金中重要的合金化元素，具有细化晶粒、净化晶界、改善铸造性能和提高合金室温及高温力学性能等优良特性。目前商业用耐热镁合金的研发主要集中在通过添加稀土等元素提高其耐热性能，但价格昂贵，使用仍然受到限制。
提高镁合金综合力学性能同时也应控制其成本值，因而利用多元微合金化方法通过其他元素取代或部分取代稀土元素的合金化作用，是提高镁合金综合性能的重要发展趋势。根据Mg-Sn二元相图，在共晶转变温度561.2℃时，Sn在Mg中的饱和固溶度为14.85wt.％，且固溶度随温度降低变化明显。当温度降到400℃时，饱和固溶度大幅降至4.4wt.％，在200℃时饱和固溶度仅为0.45wt.％。Sn在Mg中的饱和固溶度随温度下降而快速降低的特性有利于促进Mg2Sn相的析出，获得弥散强化组织，从而提高镁合金的室温及高温力学性能。Mg2Sn相为高温硬质相，常温下晶体结构为立方晶系，熔点为770.5℃，显微硬度为119HV。Mg2Sn相的析出能够显著提高合金的硬度和抗拉强度。因而Sn的添加能够为镁合金的强化提供保证。
加入碱土金属虽然能降低生产成本，但其晶粒细化及合金强度改善远不及稀土金属的作用效果明显，单方面对成本的过度控制从而牺牲了镁合金性能的改善，成效比远低于添加稀土元素，因而极大的限制了镁合金的应用。铸造合金所存在的铸造缩松、热收缩以及二次枝晶粗大等缺陷无法的到妥善解决，因而镁合金制品可能存在明显的裂纹萌生源，从而严重削弱了了镁合金零部件的可靠性。因此加入一定量的稀土元素是十分必要的
发明内容
本发明的目的在于提供了一种变形镁合金材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种变形镁合金材料，包含以下重量百分比的组分：
Cu4.1～4.6％；Al0.1～0.5％；Ce0.1～0.2％；Mn0.05～1％；Sn2.1～6.9％；Co0.06～1％；Mg余量。
本发明还提供了一种变形镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按权利要求1所述的配比称取纯铝、纯铜、纯镁、纯锡、镁铈中间合金、纯钴和铝锰中间合金，进行烘干处理；
S2、将坩埚加热温度至530～570℃时，向坩埚中加入步骤S1称取的纯镁、纯铝、纯铜、纯锡和纯钴、采用55～60％的KCl+2～5％的CaF2+10～15％的BaCl2作为精炼剂，并通入保护性混合气体，以10℃/min的升温速度快速升温，加热到700～720℃保温10～30分钟，得镁合金液；
S3、当加热温度达到720～760℃时，加入步骤S1称取的镁铈中间合金和铝锰中间合金，轻微搅拌合金液，当固料全部熔化后，保温静置10分钟，得镁合金熔体
S4、将所得的镁合金熔体浇铸到250～350℃预热后的模具中，冷却得镁合金铸锭；
S5、将所得的镁合金铸锭在400～430℃温度区间内预热2个小时后，加入已预热至430～440℃的挤压模具内，挤压成棒材。
其中，所述步骤S5中的挤压温度为460℃，挤压速率为2mm/s，挤压比为110∶1。
本发明具有以下有益效果：
在获得高韧性的同时，也确保了合金具有较高的抗拉强度和屈服强度。添加了较多的Sn，Sn在Mg中的饱和固溶度随温度下降而快速降低的特性有利于促进高温硬质相Mg2Sn相的析出，容易获得弥散强化组织，从而提高镁合金的室温及高温力学性能；由于选择了稀土元素Ce，在实现微合金化的同时可得到最佳的韧化效果，并可以最大限度地减少由于合金化而产生的杂质和夹杂；由于采用Al-Ce中间合金的形式加入Ce元素，确保了合金成分的精确控制，使得该合金的制备工艺通用性强，操作简单。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
S1、称取Cu4.1％；Al0.1％；Ce0.1％；Mn0.05％；Sn2.1％；Co0.06％；Mg余量，进行烘干处理；
S2、将坩埚加热温度至530℃时，向坩埚中加入步骤S1称取的纯镁、纯铝、纯铜、纯锡和纯钴、采用55％的KCl+2％的CaF2+10％的BaCl2作为精炼剂，并通入保护性混合气体，以10℃/min的升温速度快速升温，加热到700℃保温10分钟，得镁合金液；
S3、当加热温度达到720℃时，加入步骤S1称取的镁铈中间合金和铝锰中间合金，轻微搅拌合金液，当固料全部熔化后，保温静置10分钟，得镁合金熔体
S4、将所得的镁合金熔体浇铸到250℃预热后的模具中，冷却得镁合金铸锭；
S5、将所得的镁合金铸锭在400℃温度区间内预热2个小时后，加入已预热至430℃的挤压模具内，挤压成棒材，其中，挤压温度为460℃，挤压速率为2mm/s，挤压比为110∶1。
实施例2
S1、称取Cu4.6％；Al0.5％；Ce0.2％；Mn1％；Sn6.9％；Co1％；Mg余量，进行烘干处理；
S2、将坩埚加热温度至570℃时，向坩埚中加入步骤S1称取的纯镁、纯铝、纯铜、纯锡和纯钴、采用60％的KCl+5％的CaF2+15％的BaCl2作为精炼剂，并通入保护性混合气体，以10℃/min的升温速度快速升温，加热到720℃保温30分钟，得镁合金液；
S3、当加热温度达到760℃时，加入步骤S1称取的镁铈中间合金和铝锰中间合金，轻微搅拌合金液，当固料全部熔化后，保温静置10分钟，得镁合金熔体
S4、将所得的镁合金熔体浇铸到350℃预热后的模具中，冷却得镁合金铸锭；
S5、将所得的镁合金铸锭在430℃温度区间内预热2个小时后，加入已预热至440℃的挤压模具内，挤压成棒材，其中，挤压温度为460℃，挤压速率为2mm/s，挤压比为110∶1。
实施例3
S1、称取Cu4.35％；Al0.3％；Ce0.15％；Mn0.525％；Sn4.5％；Co0.53％；Mg余量，进行烘干处理；
S2、将坩埚加热温度至550℃时，向坩埚中加入步骤S1称取的纯镁、纯铝、纯铜、纯锡和纯钴、采用57.5％的KCl+3.5％的CaF2+12.5％的BaCl2作为精炼剂，并通入保护性混合气体，以10℃/min的升温速度快速升温，加热到710℃保温20分钟，得镁合金液；
S3、当加热温度达到740℃时，加入步骤S1称取的镁铈中间合金和铝锰中间合金，轻微搅拌合金液，当固料全部熔化后，保温静置10分钟，得镁合金熔体
S4、将所得的镁合金熔体浇铸到300℃预热后的模具中，冷却得镁合金铸锭；
S5、将所得的镁合金铸锭在415℃温度区间内预热2个小时后，加入已预热至435℃的挤压模具内，挤压成棒材，其中，挤压温度为460℃，挤压速率为2mm/s，挤压比为110∶1。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种变形镁合金材料，其特征在于，包含以下重量百分比的组分：
Cu4.1～4.6％；Al0.1～0.5％；Ce0.1～0.2％；Mn0.05～1％；Sn2.1～6.9％；Co0.06～1％；Mg余量。
2.一种变形镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按权利要求1所述的配比称取纯铝、纯铜、纯镁、纯锡、镁铈中间合金、纯钴和铝锰中间合金，进行烘干处理；
S2、将坩埚加热温度至530～570℃时，向坩埚中加入步骤S1称取的纯镁、纯铝、纯铜、纯锡和纯钴、采用55～60％的KCl+2～5％的CaF2+10～15％的BaCl2作为精炼剂，并通入保护性混合气体，以10℃/min的升温速度快速升温，加热到700～720℃保温10～30分钟，得镁合金液；
S3、当加热温度达到720～760℃时，加入步骤S1称取的镁铈中间合金和铝锰中间合金，轻微搅拌合金液，当固料全部熔化后，保温静置10分钟，得镁合金熔体
S4、将所得的镁合金熔体浇铸到250～350℃预热后的模具中，冷却得镁合金铸锭；
S5、将所得的镁合金铸锭在400～430℃温度区间内预热2个小时后，加入已预热至430～440℃的挤压模具内，挤压成棒材。
3.根据权利要求2所述的一种变形镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的挤压温度为460℃，挤压速率为2mm/s，挤压比为110∶1。
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