熱擠壓鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及變形鎂合金，特別是一種熱擠壓鎂合金及其制備方法。該合金由以下組分質量百分比組成：Al5.6%～6.0%，Zn0.4%～0.7%，Mn0.2%～0.4%，La0.1%～1.5%，余量Mg。其制備方法，以工業(yè)純鎂、純鋁和Mg-La中間合金為原料，在N2、CO2和SF6的混合氣體保護下升溫至熔煉溫度730℃～750℃熔煉，原料完全熔化后加入稀土Mg-La中間合金、攪拌；在720℃溫度下靜止5～10分鐘后澆鑄，鑄錠在420±5℃溫度下進行均勻化退火；鑄錠在熱擠壓機上擠壓成圓棒或板材，擠壓溫度為300℃，擠壓速度為2.5m/min。本合金具有良好的結晶形態(tài)和顯微結構、較高的力學性能、成型工藝性能較好，特別適用于制備薄壁或大尺寸擠壓型材。
【專利說明】熱擠壓鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及變形鎂合金，特別是一種熱擠壓鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金是目前最輕的金屬結構材料，它具有低密度、高比強度比剛度、良好的抗振性能，良好的電磁屏蔽性能！優(yōu)良的鑄造性能及機械加工性能，在汽車、交通、航空等領域得到了越來越多的應用"但是由于鎂具有密排六方的晶格結構，造成鎂合金的塑性變形性能力較差，極大地限制了鎂合金的應用范圍。改變微觀組織和晶粒細化技術作為改善鎂合金塑性變形能力的有效手段，一直是鎂合金的應用開發(fā)領域的研究熱點。
[0003]在鎂合金的牌號中，Mg-Al-Zn系是應用最為廣泛的一類擠壓合金，其中代表性的牌號為AZ31和AZ61。AZ31鎂合金擠壓成型性能比較好，但其力學性能和疲勞性能稍差，AZ61合金的力學性能和疲勞性能比較好，但其擠壓成型性能差，AZ61鎂合金本身存在許多固有缺點限制了它的使用，首先，這種鎂合金凝固溫度范圍較寬，晶粒有粗化的傾向。其次，凝固過程中粗大的共晶相P~Mg17Al12以離異共晶的方式呈網狀沿晶界析出，導致合金的擠壓成型的工藝性能和力學性能變差。同時，當工作溫度超過120°C時，晶界上網狀的Mg17Al12化合物易軟化和粗化，使合金的力學性能大幅下降，這大大限制了 AZ61鎂合金在汽車、飛機等關鍵結構部件和耐熱零部件方面的應用。
[0004]合金化是提高鎂合金性能的一種方法，特別是向合金中添加稀土元素，稀土元素具有凈化合金、改善組織、提高合金高溫力學性能和增強合金耐蝕性等作用。由于稀土具有較高的熱力學穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，在鎂合金中加入稀土元素可以明顯改善合金的高溫力學性能，已有的研究表明，在Mg~Al系合金中加入RE,可進一步改善Mg~Al合金的高溫性能和抗蠕變性能，這是因為RE與Al結合生成RE — Al化合物，減少了 Al形成低熔點的P相的數(shù)量，RE~Al化合物具有高熔點，并且在a~Mg中的擴散速度慢，因此具有很高的熱穩(wěn)定性。同時，RE元素加入鎂合金中能起到細化晶粒的作用。稀土 La可以改善鎂合金的力學性能，能在常溫和高溫下提高鎂合金的固化強度和硬化時間，改善鎂合金的性能。而且稀土 La元素的價格相對于其他稀土元素來說比較低廉，少量添加對鎂合金的成本影響不大。單純添加稀土 La元素，討論其對鎂合金組織及性能等相關研究的報道較少。
[0005]鎂合金為密排六方結構，獨立滑移系比較少，故鎂合金的室溫塑性變形能力較低，塑性加工能力較差，大部分鎂合金產品主要通過鑄造的生產方式獲得(包括傳統(tǒng)鑄造工藝和新型的半固態(tài)鑄造等工藝)，很少采用擠壓、鍛造、軋制等工藝加工.然而，變形鎂合金比鑄造鎂合金具有更優(yōu)良的性能，更多樣的形式，更高的生產率，更便于連續(xù)化、自動化.一般認為，變形鎂合金之所以比鑄造鎂合金性能好，是因為熱變形后組織均勻，晶粒細化，并消除了鑄造缺陷的緣故顯然，研究擠壓態(tài)鎂合金AZ61的力學行為對于合理使用該類鎂合金是極有裨益的。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高性能易成型的熱擠壓鎂合金及其制備方法，該合金具有良好的結晶形態(tài)和顯微結構。
[0007] 本發(fā)明熱擠壓鎂合金，由以下組分質量百分比組成:
[0008]Al5.6% ~6.0%, Zn0.4% ~0.7%, Mn0.2% ~0.4%, La0.1% ~1.5%,余量 Mg。
[0009]本發(fā)明熱擠壓鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
[0010]a.熔煉澆鑄:以工業(yè)純鎂、純鋁和Mg-La中間合金為原料，按設定組分質量比放入熔煉爐坩堝中，在N2、CO2和SF6的混合氣體保護下升溫至熔煉溫度730°C~750°C熔煉，待原料完全熔化后按設定組分質量比加入稀土Mg-La中間合金，迅速攪拌；在720°C溫度下靜止5~10分鐘后向預熱200°C的鑄模中澆鑄，鑄錠冷卻后在420±5°C溫度下進行均勻化退火；
[0011]b.擠壓成型:將上述的鑄造合金鑄錠在預熱爐中預熱，預熱溫度為250°C~2700C，將預熱均勻的鑄錠在熱擠壓機上擠壓成直徑為15mm的圓棒或寬為50mm、厚為8mm的板材，擠壓溫度為300°C，擠壓速度為2.5m/min。
[0012]本發(fā)明熱擠壓鎂合金在AZ61合金的基礎上添加稀土 La，在提高力學性能的基礎上，還改善了鎂合金的擠壓成型性能，具有良好的結晶形態(tài)和顯微結構，稀土 La元素細化晶粒，提高合金的力學性能；稀土 La還與合金中的Al生成化合物，從而減少了共晶@~Mg17Al12相的含量并改變其形貌，使得合金的擠壓成型工藝性能較AZ61 (常用擠壓鎂合金牌號)合金得到明顯提高。本發(fā)明熱擠壓鎂合金特別適用于制備薄壁或大尺寸擠壓型材，如軌道交通客車用線槽、市域有軌電車行李架等型材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實施例1中制備的LI號熱擠壓鎂合金的X射線衍射圖片；
[0014]圖2是是實施例1中制備的LO號熱擠壓鎂合金在200倍的光鏡下的顯微組織照片;
[0015]圖3是實施例1中制備的LI號熱擠壓鎂合金在200倍的光鏡下的顯微組織照片；
[0016]圖4是實施例1中制備的L2號熱擠壓鎂合金在200倍的光鏡下的顯微組織照片；
[0017]圖5是實施例1中制備的L3號熱擠壓鎂合金在200倍的光鏡下的顯微組織照片；
[0018]圖6是實施例1中制備的LI號熱擠壓鎂合金的掃描電鏡圖片；
[0019]圖7是實施例2用L2號熱擠壓鎂合金制備的城鐵客車的線槽型材斷面和零部件實物照片圖；
[0020]圖8是實施例3用用L2號熱擠壓鎂合金制備的城鐵市域行李架后墻板型材斷面圖。
【具體實施方式】
[0021]通過以下實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0022]實施例1
[0023]本發(fā)明熱擠壓鎂合金的制備:
[0024]( I)配料:用鋸床把工業(yè)純鎂、純鋁錠、純鋅錠和Mg-La中間合金切成小塊，塊的大小以能放入熔煉所用坩堝中為準。[0025](2)熔煉:將井式電阻爐升溫至730°C~750°C，把裝有各種原料的坩堝放入爐中加熱至原料完全熔化，為了防止鎂合金熔體在此過程中發(fā)生氧化甚至燃燒，應對其進行表面防護，本發(fā)明熔煉過程是按一定比例通入N2XO2和SF6的混合氣體進行保護，以減少鑄錠中夾雜等缺陷。
[0026](3)加入稀土 Mg-La中間合金，并迅速攪拌以確定La元素在合金的熔體中均勻分布，分別制備La含量為0.0%，0.5%，1.0%，1.5%的合金。
[0027](4)澆鑄:加入La的稀土化合物后在720°C保溫5到10分鐘即可以進行澆鑄。為了提高鎂合金的成型能力，在澆鑄前要對模具進行預熱(一般加熱到200°C左右)。鑄錠冷卻后在420±5°C溫度下對鑄錠進行均勻化退火。
[0028](5)將準備好的鑄造合金鑄錠在預熱爐中預熱，預熱溫度大概為260°C左右，預熱時間為2小時，然后利用臥式擠壓機在擠壓溫度為300°C，擠壓速度為2.5m/min，將鎂合金鑄錠擠壓成直徑為15mm的圓棒和寬為50mm和厚為8_的板材。
[0029]本實施例制備出的不同含La量的熱擠壓鎂合金的材料成分如表1所示。
[0030]表1試驗材料成分(wt%)
【權利要求】
1.一種熱擠壓鎂合金，其特征在于由以下組分質量百分比組成:
Al5.6% ~6.0%, Zn0.4% ~0.7%, Mn0.2% ~0.4%, La0.1% ~1.5%,余量 Mg。
2.一種制備權利要求1所述的熱擠壓鎂合金的方法，其特征在于包括以下步驟: a.熔煉澆鑄:以工業(yè)純鎂、純鋁和Mg-La中間合金為原料，按設定組分質量比放入熔煉爐坩堝中，在N2、CO2和SF6的混合氣體保護下升溫至熔煉溫度730 V~750 V熔煉，待原料完全熔化后按設定組分質量比加入稀土 Mg-La中間合金，迅速攪拌；在720°C溫度下靜止5~10分鐘后向預熱200°C的鑄模中澆鑄，鑄錠冷卻后在420±5°C溫度下進行均勻化退火； b.擠壓成型:將上述的鑄造合金鑄錠在預熱爐中預熱，預熱溫度為250°C~270°C，將預熱均勻的鑄錠在熱擠壓機上擠壓成直徑為15mm的圓棒或寬為50mm、厚為8mm的板材，擠壓溫度為300°C，擠壓速度為 2.5m/min。
【文檔編號】C22C23/02GK103589926SQ201310585019
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】楊曉紅, 楊晨輝, 賈波, 安建, 王懷東, 郭毅, 李雪昆 申請人:吉林大學