專利名稱：：一種鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬材料，特別涉及一種添加稀土及其他微量元素的以提高合金強度及延伸率的鎂合金。技術(shù)背景國際上主要金屬材料，如鋼、鐵、鋁、鋅等的應(yīng)用增長緩慢，而鎂合金異軍突起，以每年20%的速度持續(xù)增長。鎂合金是一種新型輕金屬材料，是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強度、比剛度以及良好的減震降噪和切削加工等性能，在航空航天、交通工具和3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)是密排六方結(jié)構(gòu)，而鎂及鎂合金最常見的滑移系為a柏氏矢量的基面({0001}<1120>)和棱面({"00}<1120>)滑移系，共5個幾何滑移系和4個獨立滑移方式。棱面滑移系在常溫下不活潑，難以滑動，所以韌性比較差，嚴(yán)重限制了鎂合金的應(yīng)用。提高鎂合金軔性的方法根據(jù)合金主要合金元素的不同存在很大的差異。Mg-AI系合金通常提高韌性的主要方法是降低Al含量，如AM60、AM50和AM20等合金就是如此。鋰合金化是提高鎂合金韌性的最重要途徑。Mg-14。/。Li合金雖然是軔性最好、最輕的鎂合金，但其價格昂貴，只在航空和軍用領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。而Mg-Zn-Zr系鎂合金具有較高的強度及耐蝕性。ZK50性能指標(biāo)能達(dá)到抗拉強度230MPa、延伸率18%。但該系合金在鑄態(tài)時容易出現(xiàn)晶內(nèi)偏析，且對顯微縮松比較敏感。其中最典型的ZK61合金，其T5狀態(tài)下的抗拉強度可以達(dá)到310MPa,但是較脆，延伸率基本為零?；诖?，在Mg-Zn-Zr系鎂合金中加入稀土元素對改善鑄態(tài)組織、提高合金的室溫強度和塑性均有益。有代表性的Mg-Zn-RE合金是ZE41和ZE33合金，大致相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的ZM1和ZM2合3金，其性能一般，且稀土含量在1%3%以上，成本較高。而ZK50加入稀土后性能大幅度下降，只有在加入稀土含量3。/。以上時性能指標(biāo)才能接近未加入時。這就造成了成本的急劇提高和合金密度的增大。而在Mg-Zn合金中加入Cu可改善鑄件韌性和固溶處理特性，表現(xiàn)出良好的室溫和高溫力學(xué)性能。如ZC62其鑄態(tài)下的抗拉強度分別為227MPa、144MPa(15CTC),延伸率分別為11%、31%(150°C)。但是由于銅的大量加入，其抗蝕能力極差。另外，重有色金屬Zn的大量加入，如現(xiàn)有Mg-Zn系中Zn的加入量通常為6%左右，密度明顯增加，使鎂合金質(zhì)輕的優(yōu)勢減弱。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在保持傳統(tǒng)的高強鎂合金的強度條件下，提高了延伸率，以利于制造高強、高韌性的鑄件，或用于其他用途。本發(fā)明目的的實現(xiàn)方法是，按質(zhì)量百分比，各組分的含量為Zn:1~3.5%、Zr:0.3~0.7%、Y:0.3-0.5、Nd:0.52.5%、Sn:01.5%、Ca:0~0.25%，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的有益之處是1.本合金制備簡單，實施方便。2.與現(xiàn)有Mg-Zn-Zr系合金相比，本鎂合金大大降低了鋅的含量，性能最佳合金的密度為1.84g/cm3，更能發(fā)揮質(zhì)輕的優(yōu)勢。3.與現(xiàn)有Mg-Zn-RE系合金相比，在達(dá)到同等性能時，稀土含量大大降低，因而成本低。4.在不降低合金強度的前提下，大大提高了合金的韌性，提高了合金的應(yīng)用范圍。本發(fā)明材料保持傳統(tǒng)的高強鎂合金的強度，使其延伸率大大提高，能用于工業(yè)生產(chǎn)。通過鑄造方法可以加工出各類產(chǎn)品，并且可以通過熱處理控制材料的組織和性能。圖1是本發(fā)明合金的微觀組織圖。具體實施方式本發(fā)明是一種鎂合金，按質(zhì)量百分比，各組分的含量為Zn:1~3.5%、Zr:0.3~0.7%、Y:0.3-0.5、Nd:0.5~2.5%、Sn:0~1.5%、Ca:0~0.25%,剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。不可避免的雜質(zhì)為Fe、Si、Al、Mn。下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。但本發(fā)明不僅限于這些例子。表1為本發(fā)明三個實施例的各組分百分比含量表1實施例所用合金的成份合<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>分別按表1中的配比，按鎂合金的通常熔煉方法，即可得到本發(fā)明的鎂合金。具體制備步驟為1、熔煉在電阻爐以及鋼制坩堝中進(jìn)行，使用溶劑保護(hù)。Mg、Zn、Ca和Sn以純金屬狀態(tài)加入，Y、Nd、Zr以中間合金的形式加入。(1)裝料、熔化將坩堝預(yù)熱至暗紅色(673~773K),在坩堝壁和底部撒上適量的熔劑，加入預(yù)熱的鎂錠，然后在爐料上撒上適量的熔劑后升溫溶化。(2)合金化鎂液升溫至9931013K后加入Zn、Sn，繼續(xù)升溫至10331053K加入金屬Ca，用鐘型罩壓入熔體。繼續(xù)升溫至10531083K，將Zr、Nd和Y的鎂中間合金分批而緩慢的加入，全部溶化后攪拌25中分鐘，使合金均勻化。攪拌時盡量不破壞熔體表面，減少氧化。a.精煉將熔體溫度調(diào)整至1023~1033K,攪拌勺沉入金屬熔體2/3深處,激烈的由上至下垂直攪拌熔體48min,直至熔體呈現(xiàn)凈面光澤為止。在攪拌過程中，應(yīng)往熔體表面均勻、不斷地撒上精煉熔劑，熔劑的消耗量約為爐料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.5~2.5%。攪拌結(jié)東后，清除坩堝壁和合金液面上的熔劑，再撒一層覆蓋劑即完成熔煉。b.澆注將合金熔體升溫至1053-1083K,靜置1020分鐘，然后降溫至963~993K,進(jìn)行澆注。根據(jù)上表所示成份配料，經(jīng)該過程熔煉分別可得A、B、C三種含稀土的鎂合金棒料。熔煉過程中爐料預(yù)熱最高溫度不得高于573K。熔化后合金難面不得超過坩堝容量的90%，澆注前應(yīng)先倒出少量帶有熔劑的溶液(10%),虔注后坩堝中要殘留15~20%的合金液不得澆注。2、熱處理將上述部分棒料在51(TC保溫24小時后淬入開水中，即固溶處理(T4處理)，得到D合金；將經(jīng)T4處理的部分棒料在25(TC保溫16小時后取出空冷，即時效處理(T6處理)，得到E合金。3、力學(xué)性能測試根據(jù)國標(biāo)08228-2002將上述棒料加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行拉伸試驗，得出性能數(shù)據(jù)見表2(AM60與本實例釆用同等生產(chǎn)條件進(jìn)行澆注)。表2鑄造試棒的力學(xué)性能合金狀態(tài)抗拉強度/MPa延伸率/%A1312.7B19612C20119.1DT422018.3ET625014.6注F-鑄態(tài)；T4-固溶處理；T6-時效處理從表2可見，當(dāng)合金的成份在本發(fā)明所規(guī)定的成份范圍內(nèi)時，拉伸性能，尤其是延伸率優(yōu)異，且經(jīng)過熱處理后可進(jìn)一步提高抗拉強度，而延伸率下降不大；當(dāng)小于或超過所規(guī)定的成份范圍時，抗拉強度和延伸率均較低。圖1為配比為表1中合金編號為c的合金發(fā)微觀組織。權(quán)利要求1、一種鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比，各組分含量為Zn1～3.5％、Zr0.3～0.7％、Y0.3-0.5、Nd0.5～2.5％、Sn0～1.5％、Ca0～0.25％，其余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。全文摘要一種鎂合金，其目的是在保持傳統(tǒng)的高強鎂合金的強度條件下，提高了延伸率，以利于制造高強、高韌性的鑄件，或用于其他用途，按質(zhì)量百分比，各組分含量為Zn1～3.5％、Zr0.3～0.7％、Y0.3-0.5、Nd0.5～2.5％、Sn0～1.5％、Ca0～0.25％，其余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。文檔編號C22C23/00GK101255517SQ20071019925公開日2008年9月3日申請日期2007年11月28日優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日發(fā)明者呂維玲,偉王,遠(yuǎn)郝,陳體軍,穎馬申請人:蘭州理工大學(xué)