一種鎂合金板材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎂合金板材的制備方法，所述方法包括如下步驟：（1）熔煉；（2）模鑄成型，和（3）軋制；所述方法使用的鎂合金原料中包含有0.02～0.07wt%的Ca。采用本發(fā)明所述方法，可以得到σb≥300MPa，σ0.2≥160MPa，延伸率≥21%的鎂合金板材，完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
【專利說明】一種鎂合金板材的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂合金板材的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點(diǎn)是：密度小（I. 8g/cm3鎂合 金左右)，比強(qiáng)度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有 機(jī)物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最 廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等 工業(yè)部門。在實(shí)用金屬中是最輕的金屬，鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4。它是實(shí)用 金屬中的最輕的金屬，高強(qiáng)度、高剛性。
[0003] 鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，c/a軸比為1. 6236,在室溫下僅具有一個(gè)滑移面，在 滑移面上有3個(gè)密排方向，即有3個(gè)滑移系，根據(jù)多晶體塑性變形協(xié)調(diào)性原則，要使多晶體 在晶界處的變形相互協(xié)調(diào)，必須有5個(gè)獨(dú)立滑移系，顯然，密排六方結(jié)構(gòu)的鎂合金不滿足該 條件。因此，在室溫下，鎂合金的塑性很低。當(dāng)變形溫度達(dá)到225°C時(shí)，高溫滑移面(棱柱面） 被激活，鎂合金的塑性有所改善。
[0004] 鎂及其合金的另一個(gè)重要特征是加熱升溫與散熱降溫比其他金屬都快。因此，在 塑性加工過程中，溫度下降很快且不均勻，則易發(fā)生邊裂和裂紋，相對(duì)于其它金屬材料而 言，鎂及其合金的熱加工溫度范圍較窄。因此，研究一種可以得到優(yōu)異的鎂合金的加工工藝 亟不可待。
[0005] 汪凌云（汪凌云，黃光杰，等，鎂合金板材乳制工藝及組織性能分析，稀有金屬材 料與工程，2007, 36 (5) :910?913)公開了一種鎂合金板材的軋制工藝，但是該方法得到 的鎂合金的性能仍不夠優(yōu)異，仍無法完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金板材的制備方法，采用本發(fā)明所述工藝制備得 到的鎂合金板材的性能優(yōu)異，完全可以滿足實(shí)際生產(chǎn)與應(yīng)用的需求，并且該工藝簡單，生產(chǎn) 成本較低，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0008] -種鎂合金板材的制備方法，包括，熔煉，模鑄成型和軋制，所述方法使用的鎂合 金原料中包含有〇· 02?0· 07wt%的Ca。
[0009] 鑄錠是將熔化的金屬倒入永久的或可以重復(fù)使用的鑄模中制造出來的。凝固之 后，這些錠(或棒料、板坯或方坯，根據(jù)容器而定）被進(jìn)一步機(jī)械加工成多種新的形狀。將鑄 錠熔煉，模鑄成型和軋制，即可得到鎂合金板材。
[0010] 鎂合金板錠的熔鑄質(zhì)量對(duì)板材的加工質(zhì)量起著非常重要的作用，在實(shí)際生產(chǎn)中， 欲得到高性能優(yōu)質(zhì)的鎂合金板材，必須實(shí)行鑄錠的三化，即熔體純凈化，鑄錠晶粒細(xì)化，鑄 錠組織均勻化，以保證鑄錠的質(zhì)量，在三化中晶粒細(xì)化是核心。
[0011] 在現(xiàn)有鎂合金的基礎(chǔ)上加入微量的Ca以達(dá)到細(xì)化Mg-Al系合金的晶粒，改善其成 形性能。微量Ca的加入使得凝固過程中固液界面附近的Ca含量相差懸殊，液相的Ca含量 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固相中的Ca含量。晶核形成后，原子必須連續(xù)進(jìn)入晶體才能使其生長，固液前沿 液相中的高濃度Ca阻礙了Mg原子由液相向固相擴(kuò)散，從而阻礙晶粒生長，使晶粒細(xì)小。
[0012] 本發(fā)明所述原料中Ca的含量為0· 02?0· 07wt%，優(yōu)選為0· 025?0· 065wt%， 進(jìn)一步優(yōu)選為〇· 03?(λ06wt%。所述Ca的含量例如為（λ023wt%、0. 027wt%、0. 032wt%、 0. 036wt%、0. 042wt%、0. 045wt%、0. 048wt%、0. 053wt%、0. 058wt%、0. 063wt%、0. 068wt%。
[0013] 優(yōu)選地，所用原料中包含有0. 12?0. 15wt%的Sr,優(yōu)選為0. 125?0. 145wt%的 Sr,進(jìn)一步優(yōu)選為0. 12?0. 14wt%的Sr。所述Sr的含量例如為0. 124wt%、0. 128wt%、 0· 132wt%、0. 136wt%、0. 141wt%、0. 144wt%、0. 148wt%。Sr的加入也能顯著細(xì)化晶粒。Sr在 凝固過程中的再分配在一定程度上細(xì)化了鎂合金的晶粒，其細(xì)化機(jī)制是Sr與Mg或Al形成 了金屬化合物，這些化合物在凝固過程中起到形核核心的作用，促進(jìn)非均質(zhì)形核。
[0014] 本發(fā)明所述Ca和Sr的加入使得現(xiàn)有鑄錠的晶粒尺寸降低到了 40?50μm。
[0015] 對(duì)所述模鑄成型后得到的鑄錠進(jìn)行均勻化退火。均勻化退火的進(jìn)行可以改善鑄錠 化學(xué)成分和組織上的不均勻性，提高其工藝塑性。
[0016] 在同一溫度下，隨著保溫時(shí)間的延長，枝晶偏析越小；在相同的保溫時(shí)間下，退火 溫度越高，其枝晶偏析也越小。雖然提高退火溫度和延長保溫時(shí)間，均能減少枝晶偏析，但 是退火溫度對(duì)枝晶偏析的影響較大。
[0017] 本發(fā)明所述均勻化退火的溫度為350?400°C，例如355°C、360°C、365°C、370°C、 3751：、3801：、3851：、391：、3951：，優(yōu)選 354 ?3921：，進(jìn)一步優(yōu)選 362 ?3841：。
[0018] 本發(fā)明所述均勻化退火的時(shí)間為10?14小時(shí)，例如10. 5小時(shí)、11小時(shí)、11. 5小 時(shí)、12小時(shí)、12. 5小時(shí)、13小時(shí)、13. 5小時(shí)，優(yōu)選10. 4?13. 6小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選10. 8?12. 8 小時(shí)。
[0019] 在本發(fā)明所述的均勻化退火條件下退火后，枝晶偏析完全消失。
[0020] 在熱軋過程中增加了軋輥的控制裝置，使軋輥溫度始終保持在10000160°c左右， 同時(shí)將軋件多次反復(fù)加熱，使軋件溫度始終控制在熱軋范圍內(nèi)，從而減小了裂紋的產(chǎn)生和 發(fā)展。優(yōu)選地，所述軋制為熱乳，所述熱軋的溫度為150?200°C，例如155°C、160°C、165°C、 170°C、175°C、180°C、185°C、190°C、195°C，優(yōu)選 154 ?192°C，進(jìn)一步優(yōu)選 162 ?186°C。
[0021] 溫軋的目的是在一定的溫度下（高于冷軋低于熱軋），采用較大的變形量，從而得 到了抗拉強(qiáng)度比熱軋后高的抗拉強(qiáng)度，厚度比熱軋小的板材。
[0022] 優(yōu)選地，所述軋制為溫扎，所述溫軋溫度為120?150°C，溫軋變形量為25%? 30%。
[0023]所述溫扎溫度例如為 125°C、130°C、135°C、140°C、145°C。
[0024]所述溫扎變形量例如為 25. 5%、26%、26. 5%、27%、27. 5%、28%、28. 5%、29%、29. 5%。
[0025] 優(yōu)選地，所述軋制為冷軋。
[0026] 優(yōu)選地，所述軋制為冷軋，冷軋后進(jìn)行退火。采用適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に囅滠垥r(shí)產(chǎn)生 的加工硬化，改變板料冷軋時(shí)產(chǎn)生的變形組織，獲得晶粒細(xì)小且均勻的組織，從而獲得最佳 的綜合力學(xué)性能。
[0027]優(yōu)選地，所述退火溫度為 200 ?250°C，例如為 205°C、2KTC、215°C、220°C、225°C、 23°〇、2351：、2381：、2401：、2451：，優(yōu)選 206 ?2411：，進(jìn)一步優(yōu)選 208 ?2341：。
[0028] 優(yōu)選地，所述退火時(shí)間為30?50分鐘，例如32分鐘、34分鐘、36分鐘、38分鐘、42 分鐘、44分鐘、46分鐘、48分鐘，優(yōu)選33?47分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選35?45分鐘。
[0029] 在所述退火條件下退火后，板材的強(qiáng)度指標(biāo)在280MPa以上，延伸率大于20%。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0031] (1)采用本發(fā)明所述方法，可以得到Ob彡300MPa，〇。2彡160MPa，延伸率彡21% 的鎂合金板材，完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
[0032] (2)本發(fā)明所述方法工藝簡單，耗能少，適合規(guī)?；a(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的 實(shí)施例如下：
[0034] 實(shí)施例1
[0035] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0036] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有(λ02?(λ07wt%的Ca和(λ12?(λ15wt% 的Sr。
[0037] (I)熔煉；
[0038] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為375°C，均勻化退 火的時(shí)間為12小時(shí)；
[0039] (3)冷軋，冷軋后進(jìn)行退火，所述退火溫度為200°C，所述退火時(shí)間為50分鐘，得到 鎂合金板材。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 一種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0042] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 02wt%的Ca和0. 12wt%的Sr。
[0043] (1)熔煉；
[0044] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為350°C，均勻化退 火的時(shí)間為14小時(shí)；
[0045] (3)熱乳，所述熱軋的溫度為150°C，得到鎂合金板材。
[0046] 實(shí)施例3
[0047] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0048] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 07wt%的Ca和0. 15wt%的Sr。
[0049] (1)熔煉；
[0050] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為400°C，均勻化退 火的時(shí)間為10小時(shí)；
[0051] (3)熱軋，所述熱軋的溫度為200°C，得到鎂合金板材。
[0052] 實(shí)施例4
[0053] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0054] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 03wt%的Ca和0. 14wt%的Sr。
[0055] (1)熔煉；
[0056](2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為36°C，均勻化退火 的時(shí)間為12小時(shí)；
[0057] (3)溫扎，所述溫軋溫度為120°C，溫軋變形量為25%，得到鎂合金板材。
[0058] 實(shí)施例5
[0059] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0060] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 04wt%的Ca和0. 13wt%的Sr。
[0061] (1)熔煉；
[0062] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為379°C，均勻化退 火的時(shí)間為13小時(shí)；
[0063] (3)溫扎，所述溫軋溫度為150°C，溫軋變形量為30%，得到鎂合金板材。
[0064] 實(shí)施例6
[0065] 一種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0066] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 05wt%的Ca和0. 14wt%的Sr。
[0067] (1)熔煉；
[0068] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為380°C，均勻化退 火的時(shí)間為10. 5小時(shí)；
[0069] (3)冷軋，冷軋后進(jìn)行退火，所述退火溫度為250°C，所述退火時(shí)間為30分鐘，得到 鎂合金板材。
[0070] 對(duì)實(shí)施例1-6得到的鎂合金板材進(jìn)行性能測試，結(jié)果如表1所示。
[0071]表1
[0072]

【權(quán)利要求】
1. 一種鎂合金板材的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 熔煉； (2) 模鑄成型，和 (3) 軋制； 所述方法使用的鎂合金原料中包含有〇. 02?0. 07wt%的Ca。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述原料中Ca的含量為0. 025?0. 065wt%，進(jìn)一步優(yōu)選 為 0· 03 ?0· 06wt%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所用原料中包含有0. 12?0. 15wt%的 Sr，優(yōu)選為0· 125?0· 145wt%的Sr，進(jìn)一步優(yōu)選為0· 12?0· 14wt%的Sr。
4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，對(duì)所述模鑄成型后得到的鑄錠進(jìn)行 均勻化退火； 優(yōu)選地，所述均勻化退火的溫度為350?400°C，優(yōu)選354?392°C，進(jìn)一步優(yōu)選362? 384。。； 優(yōu)選地，所述均勻化退火的時(shí)間為10?14小時(shí)，優(yōu)選10. 4?13. 6小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選 10. 8?12. 8小時(shí)。
5. 如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為熱軋，所述熱軋的溫度為 150 ?200°C，優(yōu)選 154 ?192°C，進(jìn)一步優(yōu)選 162 ?186°C。
6. 如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為溫扎，所述溫軋溫度為 120?150°C，溫軋變形量為25%?30%。
7. 如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為冷軋。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述軋制為冷軋，冷軋后進(jìn)行退火。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述退火溫度為200?250°C，優(yōu)選206? 241 °C，進(jìn)一步優(yōu)選 208 ?234°C。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述退火時(shí)間為30?50分鐘，優(yōu)選 33?47分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選35?45分鐘。
【文檔編號(hào)】C22C23/00GK104278224SQ201310295013
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請(qǐng)人:無錫成博科技發(fā)展有限公司