CN106834845B - 一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法，是针对镁合金强度低、塑性差、耐腐蚀性差、热稳定性差的缺陷，采用在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金，经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火，制成增强增韧型镁铝硅锌合金板，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的镁铝硅锌合金板的金相组织致密性好，硬度达80HV，抗拉强度达340MPa，塑性韧性好，可在多种工业领域应用，是先进的制备增强增韧型镁铝硅锌合金板的方法。

Description

一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法，属有色金属合金制备及应用的技术领域。
背景技术
镁合金是最轻的有色金属合金，具有质轻、阻尼减震性能好、易加工成型的优点，在航空、航天、交通、通讯、电子工业中得到较广泛的应用；但镁合金存在强度低、硬度低、耐腐蚀性能差、热稳定性差的缺陷，使镁合金的应用受到很大的局限。
为了提高镁合金的力学性能，常在镁合金中掺杂稀土材料，例如钇、钐、铽等，稀土元素的加入使镁合金的成本大幅提高，在提高强度的同时，也降低了镁合金的塑性，使镁合金的塑性成形变得困难，限制了镁合金的应用范围。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足，在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金，经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火，制成增强增韧型镁铝硅锌合金板，以提高镁合金的强度和韧性，扩展镁合金的应用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：镁、铝、硅、锌、无水乙醇、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下：
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
(2)制备铝硅中间合金
铝硅中间合金的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、氩气保护下完成的；
①打开真空熔炼炉，用氩气驱除炉内有害气体，使炉腔内洁净；
②称取铝块17.47g±0.001g、硅块2.53g±0.001g，加入熔炼坩埚内；
③关闭真空熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强达0.1Pa；
④开启氩气瓶，向炉内输入氩气，氩气输入速度100cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压；
⑤开启中频感应加热器，加热温度587℃±2℃，加热时间30min；
在此温度恒温保温，然后停止加热，使其随炉冷却至25℃；
熔炼后为铝硅中间合金Al-Si；
(3)制备镁铝硅锌合金锭
镁铝硅锌合金锭的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、氩气底吹搅拌下完成的；
①制备开合式模具
开合式模具用工具钢制作，模具型腔为矩形，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；
②打开真空熔炼炉，用氩气驱除炉内有害气体，使炉内洁净；
③称取镁块240g±0.01g、锌块3.5g±0.001g、铝硅中间合金块20g±0.001g，加入熔炼坩埚内；
④在熔炼坩埚底部通入氩气管；
⑤关闭真空熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强达0.1Pa；
⑥开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚及其内的镁块、铝硅中间合金块、锌块，加热温度750℃±2℃，加热时间30min；
开启熔炼坩埚底部的氩气底吹管，向熔炼坩埚内输入氩气，氩气输入速度200cm3/min；
镁块、锌块、铝硅中间合金块在加热熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：
式中：MgAlSiZn：镁铝硅锌合金；
⑦熔炼后停止加热，停止氩气底吹，使熔液在熔炼坩埚内静置10min；
⑧浇铸
打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准预制的开合式模具进行浇铸；
浇铸后将开合式模具及其内的铸件埋入细砂中，进行冷却至25℃；
⑨开模，取出铸件，即镁铝硅锌合金锭；
⑩清理清洗
将镁铝硅锌合金锭置于钢质平板上，用机械对铸锭周边及正反表面进行清理，使其光洁；
然后用无水乙醇擦洗铸锭周边及正反表面，使其洁净；
(4)辊轧成型
镁铝硅锌合金锭的辊轧成型轧制是在辊轧机上进行的，是在加热、辊轧过程中完成的；
①将镁铝硅锌合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间；
②开启上轧辊转动加热器、下轧辊转动加热器，上轧辊加热温度200℃，下轧辊加热温度200℃；
上轧辊转动方向为逆时针转动，转动转数为10r/min；
下轧辊转动方向为顺时针转动，转动转数为10r/min；
镁铝硅锌合金锭处于上轧辊和下轧辊之间，由左向右轧制；
镁铝硅锌合金锭轧制为7道次，轧制后为镁铝硅锌合金板；
③清理清洗
将镁铝硅锌合金板置于钢质平板上，用400目砂纸打磨镁铝硅锌合金板周边及正反表面，使其光洁；
然后用无水乙醇擦洗镁铝硅锌合金板周边及正反表面，使其洁净；
(5)真空中温回火
将镁铝硅锌合金板置于真空热处理炉中，进行中温回火，真空度2Pa，回火温度200℃，回火时间30min；
回火后为增强增韧型镁铝硅锌合金板；
(6)检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜及进行显微组织观察；
用X射线能谱仪进行化学成分分析；
用电子万能试验机进行力学性能检测；
结论：增强增韧型镁铝硅锌合金板为银灰色，矩形板状，金相组织致密性好，塑性韧性好，硬度达80HV，抗拉强度达340MPa；
(7)产物储存
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板用软质材料包装，置于洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁合金强度低、硬度低、塑性差、耐腐蚀性差、热稳定性差的缺陷，采用在镁合金中掺杂硅及有色金属中间合金，经真空熔炼、热辊轧成型、热处理回火，制成增强增韧型镁铝硅锌合金板，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的镁铝硅锌合金板的金相组织致密性好，硬度达80HV，抗拉强度达340MPa，塑性韧性好，可在多种工业领域应用，是先进的制备镁铝硅锌合金板的方法。
附图说明
图1.镁铝硅锌合金液熔炼状态图；
图2.镁铝硅锌合金板热辊轧状态图；
图3.镁铝硅锌合金板横切面形貌图；
图4.镁铝硅锌合金板X射线衍射强度图谱；
图5.镁铝硅锌合金板扫描能谱图；
图6.镁铝硅锌合金板应力-应变曲线图；
图中所示，附图标记清单如下：
1、真空熔炼炉，2、炉底座，3、炉腔，4、炉顶座，5、出气管阀，6、工作台，7、熔炼坩埚，8、中频感应加热器，9、镁铝硅锌合金熔液，10、氩气，11、氩气底吹泵，12、氩气底吹管，13、真空泵，14、真空管，15、氩气瓶，16、氩气管，17、氩气阀，18、电控箱，19、第一显示屏，20、第一指示灯，21、第一电源开关，22、加热温度控制器，23、真空泵控制器，24、底吹泵控制器，25、第一导线，26、第二导线，27、左支架，28、右支架，30、热辊轧机，31、左立柱，32、右立柱，33、机顶座，34、上轧辊加热转动箱，35、上轧辊架，36、上轧辊，37、下轧辊加热转动箱，38、下轧辊架，39、下轧辊，40、镁铝硅锌合金板，41、第二显示屏，42、第二指示灯，43、第二电源开关，44、上轧辊加热转动控制器，45、下轧辊加热转动控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为镁铝硅锌合金液熔炼状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位。
镁铝硅锌合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热，氩气底吹状态下完成的；
真空熔炼炉1为立式，真空熔炼炉1的下部为炉底座2、上部为炉顶座4、内部为炉腔3；炉底座2的左下部为左支架27、右下部为右支架28；在炉腔3内底部设有工作台6，在工作台6上部置放熔炼坩埚7，熔炼坩埚7内部为镁铝硅锌合金液9、外部为中频感应加热器8；在真空熔炼炉1的右上部设有出气管阀5；在左支架27上设有氩气底吹泵11，并连接氩气底吹管12，氩气底吹管12穿过炉底座2、真空熔炼炉1和工作台6进入熔炼坩埚7；在真空熔炼炉1的左部设有氩气瓶15，氩气瓶15上部设有氩气阀17、氩气管16，并连接氩气底吹泵11、氩气底吹管12，并向熔炼坩埚7内输入氩气10；在右支架28上设有真空泵13，真空泵13穿过炉底座2、真空熔炼炉1与炉腔3连通；在真空熔炼炉1的右部设有电控箱18，在电控箱18上设有第一显示屏19、第一指示灯20、第一电源开关21、加热温度控制器22、真空泵控制器23、底吹泵控制器24；电控箱18通过第一导线25与中频感应加热器8连接；电控箱18通过第二导线26与氩气底吹泵11、真空泵13连接。
图2所示，为镁铝硅锌合金板热辊轧状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。
热辊轧机为立式，在热辊轧机30上部设有左立柱31、右立柱32，并连接机顶座33，组成整体机型；在机顶座33下部设有上轧辊加热转动箱34，上轧辊加热转动箱34下部连接上轧辊架35，上轧辊架35连接上轧辊36；在热辊轧机30上部设有下轧辊加热转动箱37，下轧辊加热转动箱37上部设有下轧辊架38，下轧辊架38上部连接下轧辊39；在上轧辊36与下轧辊39之间为镁铝硅锌合金板40；上轧辊36的转动方向为逆时针转动，下轧辊39的转动方向为顺时针转动；上轧辊36的转动转数为10r/min，下轧辊39的转动转数为10r/min；上轧辊36与下轧辊39同时转动轧制镁铝硅锌合金板40，轧制道次为7道次。
图3所示，为镁铝硅锌合金板横切面形貌图，图中所示：铝硅中间合金引入的稳定细小的Mg2Si相周围晶粒显著细化，形成了由细晶粒包围粗晶粒的双尺度混晶组织，可使合金强度大幅提高的同时保持良好的塑性。
图4所示，为镁铝硅锌合金板X射线衍射强度图谱，图中所示：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角，镁铝硅锌合金板中主要物相为Mg基体相，包括Mg17Al12相、Mg2Si相和MgZn相。
图5所示，为镁铝硅锌合金板扫描能谱图，图中所示：纵坐标为计数，横坐标为能量，箭头所指的物相进行点扫描能谱分析，显示有镁元素和硅元素存在，且镁硅原子比为2.03，与Mg2Si相的原子比相吻合，为Mg2Si相。
图6所示，为镁铝硅锌合金板应力-应变曲线图，图中所示：纵坐标为应力，横坐标为应变，图中曲线1代表镁铝锌合金，曲线2代表增强增韧型镁铝硅锌合金，与镁铝锌合金相比，铝硅中间合金加入镁铝锌合金，制备的镁铝硅锌合金板抗拉强度显著提高，达到340MPa。

Claims (3)

1.一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法，其特征在于：
使用的化学物质材料为：镁、铝、硅、锌、无水乙醇、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下：
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
(2)制备铝硅中间合金
铝硅中间合金的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、氩气保护下完成的；
①打开真空熔炼炉，用氩气驱除炉内有害气体，使炉腔内洁净；
②称取铝块17.47g±0.001g、硅块2.53g±0.001g，加入熔炼坩埚内；
③关闭真空熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强达0.1Pa；
④开启氩气瓶，向炉内输入氩气，氩气输入速度100cm3/min,使炉内压强恒定在1个大气压；
⑤开启中频感应加热器，加热温度587℃±2℃，加热时间30min；
在此温度恒温保温，然后停止加热，使其随炉冷却至25℃；
熔炼后为铝硅中间合金Al-Si；
(3)制备镁铝硅锌合金锭
镁铝硅锌合金锭的制备是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、氩气底吹搅拌下完成的；
①制备开合式模具
开合式模具用工具钢制作，模具型腔为矩形，型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；
②打开真空熔炼炉，用氩气驱除炉内有害气体，使炉内洁净；
③称取镁块240g±0.001g、锌块3.5g±0.001g、铝硅中间合金块20g±0.001g，加入熔炼坩埚内；
④在熔炼坩埚底部通入氩气管；
⑤关闭真空熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强达0.1Pa；
⑥开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚及其内的镁块、铝硅中间合金块、锌块，加热温度750℃±2℃，加热时间30min；
开启熔炼坩埚底部的氩气底吹管，向熔炼坩埚内输入氩气，氩气输入速度200cm3/min；
镁块、锌块、铝硅中间合金块在加热熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：
式中：MgAlSiZn：镁铝硅锌合金；
⑦熔炼后停止加热，停止氩气底吹，使熔液在熔炼坩埚内静置10min；
⑧浇铸
打开真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准预制的开合式模具进行浇铸；
浇铸后将开合式模具及其内的铸件埋入细砂中，进行冷却至25℃；
⑨开模，取出铸件，即镁铝硅锌合金锭；
⑩清理清洗
将镁铝硅锌合金锭置于钢质平板上，用机械对铸锭周边及正反表面进行清理，使其光洁；
然后用无水乙醇擦洗铸锭周边及正反表面，使其洁净；
(4)辊轧成型
镁铝硅锌合金锭的辊轧成型是在辊轧机上进行的，是在加热、辊轧过程中完成的；
①将镁铝硅锌合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间；
②开启上轧辊转动加热器、下轧辊转动加热器，上轧辊加热温度200℃，下轧辊加热温度200℃；
上轧辊转动方向为逆时针转动，转动转数为10r/min；
下轧辊转动方向为顺时针转动，转动转数为10r/min；
镁铝硅锌合金锭处于上轧辊和下轧辊之间，由左向右轧制；
镁铝硅锌合金锭轧制为7道次，轧制后为镁铝硅锌合金板；
③清理清洗
将镁铝硅锌合金板置于钢质平板上，用400目砂纸打磨镁铝硅锌合金板周边及正反表面，使其光洁；
然后用无水乙醇擦洗镁铝硅锌合金板周边及正反表面，使其洁净；
(5)真空中温回火
将镁铝硅锌合金板置于真空热处理炉中，进行中温回火，真空度2Pa，回火温度200℃，回火时间30min；
回火后为增强增韧型镁铝硅锌合金板；
(6)检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜及进行显微组织观察；
用X射线能谱仪进行化学成分分析；
用电子万能试验机进行力学性能检测；
结论：增强增韧型镁铝硅锌合金板为银灰色，矩形板状，金相组织致密性好，塑性韧性好，硬度达80HV，抗拉强度达340MPa；
(7)产物储存
对制备的增强增韧型镁铝硅锌合金板用软质材料包装，置于洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。
2.根据权利要求1的所述的一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法，其特征在于：
镁铝硅锌合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热，氩气底吹状态下完成的；
真空熔炼炉(1)为立式，真空熔炼炉(1)的下部为炉底座(2)、上部为炉顶座(4)、内部为炉腔(3)；炉底座(2)的左下部为左支架(27)，右下部为右支架(28)；在炉腔(3)内底部设有工作台(6)，在工作台(6)上部置放熔炼坩埚(7)，熔炼坩埚(7)内部为镁铝硅锌合金液(9)，外部为中频感应加热器(8)；在真空熔炼炉(1)的右上部设有出气管阀(5)；在左支架(27)上设有氩气底吹泵(11)，并连接氩气底吹管(12)，氩气底吹管(12)穿过炉底座(2)、真空熔炼炉(1)和工作台(6)进入熔炼坩埚(7)；在真空熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(15)，氩气瓶(15)上部设有氩气阀(17)、氩气管(16)，并连接氩气底吹泵(11)、氩气底吹管(12)向熔炼坩埚(7)内输入氩气(10)；在右支架(28)上设有真空泵(13)，真空泵(13)穿过炉底座(2)、真空熔炼炉(1)与炉腔(3)连通；在真空熔炼炉(1)的右部设有电控箱(18)，在电控箱(18)上设有第一显示屏(19)、第一指示灯(20)、第一电源开关(21)、加热温度控制器(22)、真空泵控制器(23)、底吹泵控制器(24)；电控箱(18)通过第一导线(25)与中频感应加热器(8)连接；电控箱(18)通过第二导线(26)与氩气底吹泵(11)、真空泵(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种增强增韧型镁铝硅锌合金板的制备方法，其特征在于：
热辊轧机为立式，在热辊轧机(30)上部设有左立柱(31)、右立柱(32)，并连接机顶座(33)，组成整体机型；在机顶座(33)下部设有上轧辊加热转动箱(34)，上轧辊加热转动箱(34)下部连接上轧辊架(35)，上轧辊架(35)连接上轧辊(36)；在热辊轧机(30)上部设有下轧辊加热转动箱(37)，下轧辊加热转动箱(37)上部设有下轧辊架(38)，下轧辊架(38)上部连接下轧辊(39)；在上轧辊(36)与下轧辊(39)之间为镁铝硅锌合金板(40)；上轧辊(36)的转动方向为逆时针转动，下轧辊(39)的转动方向为顺时针转动；上轧辊(36)的转动转数为10r/min，下轧辊(39)的转动转数为10r/min；上轧辊(36)与下轧辊(39)同时转动轧制镁铝硅锌合金板(40)，轧制道次为7道次。
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