專利名稱：加Zr細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金晶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種加ττ細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金晶粒的方法及熔鑄工藝，屬 于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金作為最輕質(zhì)的商用金屬工程結(jié)構(gòu)材料，因其具有比重輕、比強(qiáng)度比剛度高、 阻尼減振降燥能力強(qiáng)、液態(tài)成型性能優(yōu)越和易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)“綠色結(jié) 構(gòu)材料”。但目前由于現(xiàn)有鎂合金的高溫抗蠕變性能差，長期工作溫度不能超過120°C，使其 無法用于制造對高溫蠕變性能要求高的汽車發(fā)動機(jī)及其他傳動部件，因此極大地阻礙了鎂 合金的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。也正是由于這樣，國內(nèi)外對于具有高溫抗蠕變性能的耐熱鎂合金 的研究開發(fā)給予了廣泛關(guān)注和高度重視，并試制研究出了在300° C以上仍具有較高抗蠕 變性能的 Mg-RE-Mn-Sc 新型耐熱鎂合金，如 Mg-Ce-Mn-Sc、Mg-Y-Mn-Sc 和 Mg-Gd-Mn-Sc 等 合金。然而，從已有Mg-RE-Mn-Sc耐熱鎂合金的研究結(jié)果看，雖然該系合金具有較好的高溫 抗蠕變性能，但由于該系合金粗大的晶粒，使其抗拉性能較低，尤其是延伸率，從而極大影 響了該系合金在汽車及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，有必要研究開發(fā)Mg-RE-Mn-Sc耐熱 鎂合金的晶粒細(xì)化方法。目前，盡管&被公認(rèn)為對鎂合金具有很好的晶粒細(xì)化作用，但對 于含 Mn 的鎂合金，由于 Emley 等[1-Emley E. F. Principles of Magnesium Technology, Pergamon, Oxford, 1966, pp. 127-155 ；2- Bamberger M, Dehm G. Trends in the development of new Mg alloys [J]· Annual Review Mater. Res. , 2008, 38: 505-533] 認(rèn)為ττ和Mn會形成Mri&2等化合物從而導(dǎo)致Ir對含Mn鎂合金并沒有明顯的晶粒細(xì)化作 用。也正是由于這樣，國內(nèi)外對于ττ細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc耐熱鎂合金晶粒的研究還基本上沒 有涉及，也未見到相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金因晶粒粗大而影響合金性能 這一不足，提出采用微合金化的方法，包括其細(xì)化工藝，以達(dá)到細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金 晶粒粗大這一目的，從而改善Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金的性能，加快該系鎂合金的工業(yè)化應(yīng) 用進(jìn)程。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出加ττ細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金晶粒的方法，在 Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金中通過添加Mg_31%Zr中間合金的方法，來細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合 金的晶粒。其中RE是Ce、Y或Gd等元素。本發(fā)明提出的方法如下在熔劑或氣體保護(hù)下，將Mg-RE-Mn-Sc鎂合金按相應(yīng)的 成分配比熔化后升溫到720-740°C，加入Mg-31wt. 中間合金；&加入量占爐料總重量的 百分比為0. 6-1. 2wt. %，加入方法在100-1500CMg_31wt. %Zr中間合金烘烤15-30分 鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約2-6分鐘，攪拌后升溫到720-760°C，然后用C2Cl6 精煉劑精煉處理5-10分鐘，精煉完畢后攪拌合金熔體并在740°C靜置10-15分鐘，靜置完畢后撈去表面浮渣，然后進(jìn)行鑄造。采用本方法細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc鎂合金晶粒的機(jī)理在于&與a_Mg相間的晶格匹配 情況較好，可以成為a-Mg相的形核核心。同時，Zr元素較大的生長限制因子(38. 29)也有 利于晶粒的細(xì)化。此外，最為重要的是Mg-RE-Mn-Sc鎂合金中含有Sc，其在合金凝固過程中 將優(yōu)先和Mn反應(yīng)形成Mn2Sc化合物，從而避免了 rLx和合金中的Mn形成Mn&2等化合物，從 而使得ττ對合金晶粒的細(xì)化作用不受到影響。


圖 IA 和圖 IB 分別是 Mg-3Ce-l. 2Mn_0. 9Sc 和 Mg-3Ce_l. 2Mn_0. 9Sc_0. 6Zr 的晶粒 圖片；
圖 2A 和圖 2B 分別是 Mg-4Y-1. 2Mn_0. 9Sc 和 Mg_4Y_l. 2Mn -0. 9Sc_0. 9Zr 的晶粒圖片； 圖 3A 和圖 3B 分別是Mg-5Gd-l. 2Mn_0. 4Sc 和 Mg-5Gd_l. 2Mn_0. 4Sc_l. 2& 的晶粒圖片。
具體實(shí)施例方式以下通過具體三個實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和效果作進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例1 在熔劑保護(hù)下，將Mg-3Ce_l. 2Mn_0. 9Sc鎂合金按94. 3wt. %Mg, 3wt. %Ce, 1. 2wt. %Mn和0. 9wt. %Sc的成分配比熔化后升溫到740°C，加入Mg_31wt. %Zr中 間合金，&的加入量為爐料總重量的為0. 6wt. %。加入方法在150°C將Mg-31wt. %Zr中間 合金烘烤20分鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約3分鐘，攪拌后升溫到740 V，然后 用C2Cl6精煉劑精煉處理5分鐘，精煉完畢后攪拌合金熔體并在740°C靜置10分鐘，靜置完 畢后撈去表面浮渣，然后將其澆鑄入已預(yù)熱到100-150°C的金屬型中。實(shí)施例2 在熔劑保護(hù)下，將Mg-4Y-1. 2Mn-0. 9Sc鎂合金按93wt. %Mg, 4wt. %Y, 1. 2wt. %Mn和0. 9wt. %Sc的的成分配比熔化后升溫到720°C，加入Mg_31wt. %Zr中間合金。 Zr的加入量為爐料總重量的0. 9wt. %。加入方法在150°C將Mg-31%&中間合金烘烤20分 鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約3分鐘，攪拌后升溫到740°C，然后用C2Cl6精煉劑 精煉處理5分鐘，精煉完畢后攪拌合金熔體并在740°C靜置10分鐘，靜置完畢后撈去表面浮 渣，然后將其澆鑄入已預(yù)熱到100-150°C的金屬型中。實(shí)施例3 在CO2氣體保護(hù)下，將Mg-5Gd-l. 2Μη_0· 4Sc鎂合金按93. 25wt. %Mg, 5wt. %Gd, 1. 2wt. %Mn和0. 4wt. %Sc的成分配比熔化后升溫到740°C，加入Mg_31%Zr中間合 金。Zr的加入量為爐料總重量的1. 2wt. %。加入方法在150t^fMg-31wt. 中間合金烘 烤20分鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約3分鐘，攪拌后升溫到740°C，然后用C2Cl6 精煉劑精煉處理5分鐘，精煉完畢后攪拌合金熔體并在740°C靜置10分鐘，靜置完畢后撈去 表面浮渣，然后將其澆鑄入已預(yù)熱到100-150°C的金屬型中。將以上三個實(shí)施例和未加ττ的Mg-RE-Mn-Sc鎂合金的成分和組織分析及性能測 試結(jié)果如表1所示。從表1中的對比分析結(jié)果可以看到，Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金中加入一 定量的&后，合金晶粒的平均尺寸明顯減小。同時，在對合金的高溫抗蠕變性能沒有影響 的前提下，Mg-RE-Mn-Sc合金在室溫和高溫的抗拉性能得到明顯提高。以上實(shí)施例中使用的溶劑可以采用鎂合金制備通用的各種溶劑，如采用的較為普 遍的 2# 熔劑(45 wt. % MgCl2 + 37 wt. % KCl +8 wt. % NaCl + 4 wt. % CaF2 + 6 wt. %BaCl)。保護(hù)氣體也可以采用鎂合金制備通用的各種保護(hù)氣體，如C02。
權(quán)利要求
一種加Zr細(xì)化Mg RE Mn Sc系鎂合金晶粒的方法，所述方法是通過加入Mg Zr中間合金來實(shí)現(xiàn)，Zr的加入量占爐料總重量的0.6 1.2wt.%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加ττ細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金晶粒的方法，所述方法是 在熔劑或氣體保護(hù)下，將Mg-RE-Mn-Sc鎂合金按相應(yīng)的成分配比熔化后升溫到720_740°C， 然后加入Mg-31wt.%Zr中間合金，Zr加入量占爐料總重量的0. 6-1. 2wt. %，加入方法在 100-150°C將Mg-31wt. %Sr中間合金烘烤15-30分鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約 2-6分鐘，攪拌后升溫到720-760°C，然后用C2Cl6精煉劑精煉處理5_10分鐘，精煉完畢后 攪拌合金熔體并在740°C靜置10-15分鐘，靜置完畢后撈去合金熔體表面浮渣，然后進(jìn)行鑄 造。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加Ir細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc鎂合金晶粒的方法，其特征在于 所述方法是在熔劑或氣體保護(hù)下，將Mg-RE-Mn-Sc鎂合金按相應(yīng)的成分配比熔化后升溫到 740°C，加入Mg-31wt. %Zr中間合金；Zr加入量占爐料總重量的0. 6-1. 2wt. %，加入方法在 150t^fMg-31wt. %Sr中間合金烘烤20分鐘，然后用壓瓢迅速壓入合金液面以下約3分鐘， 攪拌后升溫到740°C，然后用C2Cl6精煉劑精煉處理5分鐘，精煉完畢后攪拌合金熔體并在 740°C靜置10分鐘，靜置完畢后撈去合金熔體表面浮渣，然后進(jìn)行鑄造。
全文摘要
一種加Zr細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金晶粒的方法，通過加入Mg-Zr中間合金來實(shí)現(xiàn)，所述方法是在熔劑或氣體保護(hù)下，將Mg-RE-Mn-Sc鎂合金按相應(yīng)的成分配比熔化后升溫到720-740℃，然后加入Mg-31wt.%Zr中間合金，Zr加入量占爐料總重量的0.6-1.2wt.%。該方法能細(xì)化Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金的粗大晶粒，改善Mg-RE-Mn-Sc系鎂合金的抗拉性能，從而加快該系鎂合金的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。
文檔編號C22C1/03GK101985712SQ20101057884
公開日2011年3月16日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者周濤, 張微, 朱翊, 楊明波, 梁曉峰, 潘復(fù)生, 秦財(cái)源 申請人:重慶理工大學(xué)