稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法；其按照促進晶粒形核、抑制晶粒長大的指導(dǎo)原則，在稀土鎂合金熔體中添加純鋁，通過原位反應(yīng)生成的大量細小彌散的Al2RE金屬間化合物顆粒，為初生α-Mg提供異質(zhì)形核核心，促進晶粒形核；在熔體轉(zhuǎn)移到中間包以后，考慮凝固過程固-液界面的穩(wěn)定性，通過合理控制凝固不同階段的冷卻條件，延緩了初生相的長大，實現(xiàn)抑制晶粒長大的效果。本發(fā)明提供了一種低成本、無攪拌綠色半固態(tài)漿料制備手段，相較于傳統(tǒng)的半固態(tài)漿料制備技術(shù)，其效率及成本都得到了極大的改善，可為稀土鎂合金的后續(xù)流變成形，如流變壓鑄、流變擠壓鑄造等，提供優(yōu)質(zhì)的流變漿料，在流變成形鎂合金中有較廣的應(yīng)用前景。
【專利說明】稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料半固態(tài)成形【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種金屬半固態(tài)漿料制備方法，尤其是一種稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)流變成形技術(shù)是由合金熔體在凝固到固液區(qū)間直接在一定的成形工藝(壓鑄、擠壓鑄造等)下成形得到零件，由于縮短了材料制備過程的一些加工環(huán)節(jié)，大大節(jié)約了產(chǎn)品零件加工制造過程的成本，因而成為未來一種極具希望的材料加工手段。高強耐熱稀土鎂合金是近年來發(fā)展的一種具有極大應(yīng)用價值的合金材料，其在保持了鎂合金的低密度、高比強度等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，具有較高的室溫與高溫力學(xué)性能，在航空航天等關(guān)鍵零件的應(yīng)用上具有極大的應(yīng)用潛力。采用半固態(tài)成形的方法制備稀土鎂合金材料，可在保留原有合金的高性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)短流程加工制造。
[0003]半固態(tài)漿料的制備技術(shù)是實現(xiàn)流變成形的首要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的半固態(tài)漿料制備方法往往通過施加外加物理場的方式來實現(xiàn),如采用機械攪拌法、雙螺桿攪拌法、氣泡攪拌法、電磁攪拌法及超聲振動法等，這些外加物理場制備半固態(tài)漿料的方法都是通過在熔體中產(chǎn)生強烈的攪拌與剪切作用而促使球形半固態(tài)漿料組織的形成，但這些外加物理場所產(chǎn)生的攪拌作用不可避免地會使金屬熔體與外界發(fā)生暴露，因而鎂合金便發(fā)生氧化，通過不斷的攪拌新的金屬液與空氣接觸產(chǎn)生更強烈的氧化作用使得合金熔體中氧化夾雜含量提高。這些留存的氧化夾雜會在后續(xù)的成形過程中保留下來，從而在合金零件服役時影響合金的性倉泛。
[0004]M.Qian 發(fā)表在 2OO6 年第 δ4 卷《Acta Materialia》的文章 “Creation ofsemisolid slurries containing fine and spherical particles by grain refinementbased on the MulIins-Sekerka stability criterion”中以固液界面穩(wěn)定性為判據(jù),從理論與實驗的角度驗證了采用Zr細化的方式制備不含鋁的鎂合金半固態(tài)漿料的可行性，其結(jié)論表明只有當(dāng)添加足夠含量的鎂鋯中間合金才能獲得一定含量的溶解鋯和未溶解鋯，因而實現(xiàn)半固態(tài)漿料的制備。采用鋯`細化的方法制備半固態(tài)漿料，操作簡便、方便實現(xiàn)；同時這種無擾動的方式，避免了外加物理場的引入，大大減少了半固態(tài)漿料熔體與空氣的暴露接觸，漿料純凈度得到很大的提高。但采用Zr細化的方法，需要添加超過1.5%的鋯來實現(xiàn)半固態(tài)漿料的制備，而鎂鋯中間合金是一種工程應(yīng)用上較為昂貴的材料，其制備過程復(fù)雜，工序流程長；且該中間合金在空氣中暴露易于氧化，作為中間合金引入時帶入了大量的夾雜物，對熔體純凈度影響較大。因而有必要尋找一種能夠替代鋯作為鎂合金半固態(tài)制漿的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在稀土鎂合金(Mg-RE)中添加純鋁可以在高溫下原位生成Al2RE顆粒金屬間化合物，其與鎂基體存在特定的晶體學(xué)取向關(guān)系，可以作為鎂的形核基底，即Al2RE可以成為一種新的鎂合金晶粒細化劑。具體而言，本發(fā)明的技術(shù)方案是在促進晶粒形核、抑制晶粒長大的基礎(chǔ)上進行的:采用在含稀土鎂合金熔體中添加低成本的純鋁，高溫下與稀土原位反應(yīng)生成Al2RE顆粒相；通過合理控制凝固冷卻條件實現(xiàn)流變成形。該方法可以解決傳統(tǒng)外加物理場產(chǎn)生的熔體攪動與空氣接觸產(chǎn)生氧化夾雜的問題，也可以避免使用昂貴的鎂鋯中間合金；且由于鋁的添加收得率穩(wěn)定、成分易于控制，因而提供了一種低成本的稀土鎂合金半固態(tài)漿料制備手段，為稀土鎂合金的半固態(tài)流變成形提供了理論基礎(chǔ)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明涉及一種稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0008]A、合金熔煉:根據(jù)稀土鎂合金中各元素配比，在700°C~750°C的鎂液中依次加入Mg-RE中間合金、非稀土合金元素的中間合金或純金屬塊料，熔化形成熔體；所述熔體溫度回升至720V~780°C之間保溫，加入純鋁，溶解，去浮渣，得合金熔體；在720V~780°C溫度下加入占所述合金熔體總量的1%~2%的精煉劑進行精煉；
[0009]B、半固態(tài)漿料制備:將所述精煉后的合金熔體澆注到300°C~600°C的中間包中，控制中間包中的合金熔體冷卻速率在2~20°C /分鐘；待所述合金熔體冷卻至該合金液相線以下O~20°C時，即得所述稀土鎂合金的半固態(tài)漿料。半固態(tài)漿料的質(zhì)量控制是通過中間包的預(yù)熱條件及保溫條件來調(diào)控。
[0010]優(yōu)選地，步驟A中，所述合金熔煉是在SF6和CO2混合氣氛保護下進行的。
[0011]優(yōu)選地，步驟A中，所述稀土鎂合金包括如下質(zhì)量百分比含量的各組分:
[0012]稀土合金兀素 5~15%,
[0013]非稀土合金兀素O~5%,`[0014]鋁0.5~3%，
[0015]雜質(zhì)元素總量不大于0.2 余量為Mg。更優(yōu)選地，非稀土合金元素含量為0.5%~5%。
[0016]優(yōu)選地，所述稀土合金元素(RE)為Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce中的一種或幾種。
[0017]優(yōu)選地，所述非稀土合金元素為Ca、Zn、Mn、Sr中的一種或幾種。
[0018]優(yōu)選地，所述雜質(zhì)元素為Fe、S1、Cu、Ni中的一種或幾種。
[0019]優(yōu)選地，步驟A中，所述合金熔煉之前還包括將純鎂、純鋁、鎂-稀土中間合金、非稀土合金元素的中間合金在180°C~220°C溫度下預(yù)熱3小時以上的步驟。
[0020]優(yōu)選地,步驟A中，所述精煉時間為5~10分鐘,精煉后熔體靜置20~40分鐘。[0021 ] 優(yōu)選地，步驟A中，所述精煉劑為JDMJ鎂合金精煉劑。
[0022]優(yōu)選地，步驟B中，所述稀土鎂合金的半固態(tài)漿料澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察；或澆注，進行流變成形。所采用的銅模需預(yù)先烘干，且澆注時銅模溫度為小于30°C度。
[0023]本發(fā)明的工作原理為:高溫下，鎂稀土合金中在一定成分范圍與比例的稀土元素與鋁元素會發(fā)生反應(yīng)生成Al2RE相，可以與鋁發(fā)生該反應(yīng)的稀土元素有Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce、La和Sc等。據(jù)此，通過常規(guī)的熔煉鑄造方法可以驗證這些原位生成的金屬間化合物均對稀土鎂合金存在一定的細化效果。采用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)可以驗證這些高溫條件下生成的Al2RE金屬間化合物均與鎂基體存在一些特定的晶體學(xué)位向關(guān)系；同時不同的金屬間化合物的晶粒細化效果按照其與熔融的純鎂的潤濕情況依次降低，根據(jù)已有的實驗結(jié)果能與鎂產(chǎn)生完全潤濕的Al2RE型金屬間化合物有Al2GcU Al2Snu Al2Y, Al2Dy、Al2Nd及Al2Ce等。而Al2RE型金屬間化合物在冷卻至一定溫度時，會在其與熔體的界面處發(fā)生包晶反應(yīng)，即液相的鎂與Al2RE反應(yīng)生成富鎂的α相。而根據(jù)Mul I ins-Sekerka界面穩(wěn)定性理論，當(dāng)先析出α相顆粒滿足一定條件的冷卻速率和顆粒尺寸時，即可使其保持球形方式生長，也即在該固-液區(qū)間內(nèi)進行處理的合金熔體，可以得到細小圓整的球狀半固態(tài)漿料組織。在稀土鎂合金中添加一定含量的非稀土合金元素可以在熔體中產(chǎn)生更大的成分過冷，使得尺寸更小的顆粒相可作為形核核心，如經(jīng)實驗證實微量Ca和Sr的添加即可促進有效形核Al2RE顆粒數(shù)量密度的提升；而在基體合金中添加一定含量的Zn、Mn等更可以促進合金后續(xù)熱處理后的時效析出性能。因而通過合理控制凝固過程不同階段的冷卻條件，本發(fā)明可實現(xiàn)低成本、無攪拌的綠色半固態(tài)漿料制備工藝，可為稀土鎂合金的后續(xù)流變成形提供優(yōu)質(zhì)的流變漿料。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0025](I)避免了外加物理場的引入，熔體在相對“平靜”的環(huán)境下得到顆粒細小均勻的半固態(tài)漿料組織，可以減少由于外加物理場帶來的氧化物夾雜；由于避免了需要施加外加物理場，縮短了半固態(tài)加工流程，實現(xiàn)半固態(tài)流變成形過程的溫度控制及組織控制，更易于推廣應(yīng)用到大批量的實際工業(yè)生產(chǎn)。
[0026](2)針對采用鋯細化制備半固態(tài)漿料的方法，采用低成本合金元素鋁替代，可以大大降低用于合金原材料的成 本；同時也避免了由于鎂鋯中間合金帶來的難以去除的夾雜物。
[0027](3)半固態(tài)顆粒是在原位自生的顆粒上進行球形生長方式得到的球形顆粒，顆粒形貌、顆粒尺寸及顆粒密度可以通過改變鋁添加量及中間包保溫與冷卻條件來控制，工藝過程具有傳承性、重復(fù)性和易操作性。
[0028](4)相較于傳統(tǒng)的半固態(tài)漿料制備技術(shù)，本發(fā)明方法的效率及成本都得到了極大的改善，可以為稀土鎂合金的后續(xù)流變成形，如流變壓鑄、流變擠壓鑄造等，提供優(yōu)質(zhì)的流變漿料，為稀土鎂合金的流變成形奠定基礎(chǔ)，并拓寬了其應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0030]圖1 為米用含 1.5wt.% Zr 的 Mg-30wt.% Zr 中間合金針對 Mg-llwt.% Y~4wt.Gd%合金進行半固態(tài)漿料制備，在620°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0031]圖2為經(jīng)本發(fā)明采用0.5wt.% Al針對Mg-llwt.% Y-4wt.Gd%合金進行半固態(tài)漿料制備，在620°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0032]圖3 為米用含 1.5wt.% Zr 的 Mg_30wt.% Zr 中間合金針對Mg-lOwt.% Gd_3wt.%Y合金進行半固態(tài)漿料制備，在620°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0033]圖4為經(jīng)本發(fā)明采用0.8wt.% Al針對Mg-lOwt.% Gd_3wt.% Y合金進行半固態(tài)漿料制備，在620°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0034]圖5 為米用含 2wt.% Zr 的 Mg_30wt.% Zr 中間合金針對Mg-lOwt.% Gd-0.5wt.%Ca合金進行半固態(tài)漿料制備，在614°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0035]圖6為經(jīng)本發(fā)明采用Iwt.% Al針對Mg-lOwt.% Gd-0.5wt.% Ca合金進行半固態(tài)漿料制備，在614°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0036]圖1 為采用含 1.5wt.% Zr 的 Mg_30wt.% Zr 中間合金針對 Mg_5wt.% Sm_3wt.%Nd合金進行半固態(tài)漿料制備，在630°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0037]圖8為經(jīng)本發(fā)明采用Iwt.% Al針對Mg_5wt.% Sm_3wt.% Nd合金進行半固態(tài)衆(zhòng)料制備，在630°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖。
[0038]圖9 為米用含 1.5wt.% Zr 的 Mg_30wt.% Zr 中間合金針對 Mg_5wt.% Sm_5wt.%Zn合金進行半固態(tài)漿料制備，在630°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖；
[0039]圖10為經(jīng)本發(fā)明采用3wt.% Al針對Mg_5wt.% Sm_5wt.% Zn合金進行半固態(tài)衆(zhòng)料制備，在630°C澆注所得樣品的光學(xué)金相組織示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0041]本發(fā)明的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，所有熔煉工藝在SF6和CO2混合氣氛保護下進行，所適用的稀土鎂合金的組分及其質(zhì)量百分比為:稀土元素RE(如Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce 等)5 ~15wt.%,非稀土合金元素(如 Ca、Zn、Mn、Sr 等)O ~5wt.%, Al 元素
0.5~3wt.%，雜質(zhì)元素Fe、S1、Cu和Ni總量不大于0.2%，余量為Mg。所述的稀土鎂合金可以是含一種、兩種或多種稀土元素及稀土與非稀土元素的混合。
[0042]上述稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法包括合金熔煉和半固態(tài)漿料制備兩個工藝工序；其中，
[0043]所述的合金熔煉工序步驟如下:
[0044](1)烘料:將純鎂、純鋁、鎂-稀土中間合金及其它添加合金在180°C~220°C溫度下預(yù)熱3小時以上；
[0045](2)熔鎂:采用坩堝電阻爐將烘干后的純Mg熔化；
[0046](3)加稀土元素和主要非稀土元素:往700°C~750°C的鎂液中依次加入各種Mg-RE中間合金及其它合金元素的中間合金或純金屬塊料，加入量根據(jù)稀土元素和主要非稀土元素所占質(zhì)量百分比確定；
[0047](4)加鋁:待所有主要合金元素的中間合金加入并熔化后，熔體溫度回升至720V~780°C之間保溫，然后加入純鋁，加入量根據(jù)鋁所占質(zhì)量百分比確定；
[0048](5)精煉:待所有的合金元素完全溶解后，撇去表面浮渣，在720°C~780°C溫度下向合金熔體加入合金熔體總量的1%~2%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間5~10分鐘，精煉后熔體靜置20~40分鐘。
[0049]所述的半固態(tài)漿料制備工藝工序為:
[0050](1)熔體轉(zhuǎn)移:將上述精煉后的稀土鎂合金熔體澆注到預(yù)熱至300°C~600°C的中間包中，并轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的另一電阻爐中，控制中間包中的熔體冷卻速率在2~20°C /分鐘，[0051](2)漿料制備:采用熱電偶實時監(jiān)測中間包中的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至該合金液相線以下O~20°C時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察；或澆注到擠壓鑄造模具(或壓鑄模具)中，進行流變成形。
[0052]具體見以下各實施例:
[0053]實施例1
[0054]本實施例涉及一種稀土鎂合金Mg-llwt.% Y_4wt.Gd%,熔化精煉過程如下:所有與合金熔體接觸的工具提前刷涂料，工具、爐料、精煉劑、取樣銅模均在180°C烘干3小時以上。開啟電阻爐，預(yù)熱不銹鋼坩堝至暗紅色后，加入鎂錠，300°C時開始通入體積比為100: I的C02+SF6保護氣體直至熔鑄工作全部完成。將坩堝電阻爐升溫至700°C直至純鎂全部熔化，將溫度調(diào)整至720°C~750°C。該成分合金熔煉母材中鎂采用純度為99%的純鎂，禮和乾分別采用Mg-90wt.% Gd中間合金和Mg-25wt.% Y中間合金的形式加入。各中間合金熔化后，均對合金熔體攪拌5分鐘以上，以使其混合均勻。
[0055]傳統(tǒng)的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量1.5%的Mg-30wt.% Zr中間合金(實際收得鋯約0.5% )，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至620°C (約為液相線以下5°C )時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖1所示。
[0056]本發(fā)明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量0.5%的純鋁，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至620°C (約為液相線以下5°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖2所示。
[0057]由圖1、2對比可以發(fā)現(xiàn),針對Mg-llwt.% Y_4wt.Gd%合金,采用0.5wt.% Al細化的方法可以達到添加1.5wt.% Zr相當(dāng)?shù)男Ч?br> [0058]實施例2
[0059]本實施例涉及一種稀土鎂合金Mg-lOwt.% Gd-3wt.% Y,熔化精煉過程如下:所有與合金熔體接觸的工具提前刷涂料，工具、爐料、精煉劑、取樣銅模均在180°C烘干3小時以上。開啟電阻爐，預(yù)熱不銹鋼坩堝至暗紅色后，加入鎂錠，300°C時開始通入體積比為100: I的C02+SF6保護氣體直至熔鑄工作全部完成。將坩堝電阻爐升溫至700°C直至純鎂全部熔化，將溫度調(diào)整至720°C~750°C。該成分合金熔煉母材中鎂采用純度為99%的純鎂，禮和乾分別采用Mg-90wt.% Gd中間合金和Mg-25wt.% Y中間合金的形式加入。各中間合金熔化后，均對合金熔體攪拌5分鐘以上，以使其混合均勻。
[0060]傳統(tǒng)的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量1.5%的Mg-30wt.% Zr中間合金(實際收得鋯約0.5% )，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至620°C (約為液相線以下5°C )時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖3所示。
[0061]本發(fā)明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量0.8%的純鋁，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至620°C (約為液相線以下5°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖4所示。
[0062]由圖3、4對比可以發(fā)現(xiàn),針對Mg-lOwt.% Gd_3wt.% Y合金,采用0.8wt.% Al細化的方法可以達到添加1.5wt.% Zr相當(dāng)?shù)男Ч?br> [0063]實施例3
[0064]本實施例涉及一種稀土鎂合金Mg-lOwt.% Gd-0.5wt.% Ca,熔化精煉過程如下:所有與合金熔體接觸的工具提前刷涂料，工具、爐料、精煉劑、取樣銅模均在180°C烘干3小時以上。開啟電阻爐，預(yù)熱不銹鋼坩堝至暗紅色后，加入鎂錠，300°C時開始通入體積比為100: I的C02+SF6保護氣體直至熔鑄工作全部完成。將坩堝電阻爐升溫至700°C直至純鎂全部熔化，將溫度調(diào)整至720°C~750°C。該成分合金熔煉母材中鎂采用純度為99%的純鎂，釓采用Mg-90wt.% Gd中間合金的形式加入，鈣采用99.9%的純鈣加入(純鈣加入前用濾紙吸除表面的煤油，利用電阻爐旁邊的爐體將金屬鈣烘干，然后放入鐘罩中壓入到合金熔體中，并不斷攪拌使其完全溶解)。中間合金及純鈣加入熔化后，均對合金熔體攪拌5分鐘以上，以使其混合均勻。
[0065]傳統(tǒng)的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量2%的Mg-30wt.% Zr中間合金(實際收得鋯約0.6% )，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至614°C (約為液相線以下5°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖5所示。
[0066]本發(fā)明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量I %的純鋁，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至450°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為5°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至614°C (約為液相線以下5°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖6所示。
[0067]由圖5、6對比可以 發(fā)現(xiàn),針對Mg-lOwt.% Gd-0.5wt.% Ca合金,采用Iwt.% Al細化的方法可以達到添加2wt.% Zr相當(dāng)?shù)男Ч?。[0068]實施例4
[0069]本實施例涉及一種稀土鎂合金Mg_5wt.% Sm-3wt.% Nd,熔化精煉過程如下:所有與合金熔體接觸的工具提前刷涂料，工具、爐料、精煉劑、取樣銅模均在180°C烘干3小時以上。開啟電阻爐，預(yù)熱不銹鋼坩堝至暗紅色后，加入鎂錠，300°C時開始通入體積比為100: I的C02+SF6保護氣體直至熔鑄工作全部完成。將坩堝電阻爐升溫至700°C直至純鎂全部熔化，將溫度調(diào)整至720°C~750°C。該成分合金熔煉母材中的鎂采用純度為99%的純鎂，釤和釹分別采用Mg-20wt.% Sm中間合金和Mg-90wt.% Nd中間合金的形式加入。各中間合金熔化后，均對合金熔體攪拌5分鐘以上，以使其混合均勻。
[0070]傳統(tǒng)的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量1.5%的Mg-30wt.% Zr中間合金(實際收得鋯約0.5% )，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至550°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為8°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至630°C (約為液相線以下10°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖7所示。
[0071]本發(fā)明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量Iwt.%的純鋁，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至550°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為8°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至630°C (約為液相線以下10°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖8所示。
[0072]由圖7、8對比可以發(fā)現(xiàn)，針對Mg_5wt.% Sm-3wt.% Nd合金，采用Iwt.% Al細化的方法可以達到添加1.5wt.% Zr相當(dāng)?shù)男Ч?br> [0073]實施例5`
[0074]本實施例涉及一種稀土鎂合金Mg_5wt.% Sm-5wt.% Zn,熔化精煉過程如下:所有與合金熔體接觸的工具提前刷涂料，工具、爐料、精煉劑、取樣銅模均在180°C烘干3小時以上。開啟電阻爐，預(yù)熱不銹鋼坩堝至暗紅色后，加入鎂錠，300°C時開始通入體積比為100: I的C02+SF6保護氣體直至熔鑄工作全部完成。將坩堝電阻爐升溫至700°C直至純鎂全部熔化，將溫度調(diào)整至720°C~750°C。該成分合金熔煉母材中的鎂采用純度為99%的純鎂，釤和鋅分別采用Mg-20wt.% Sm中間合金和工業(yè)純鋅的形式加入。各中間合金熔化后，均對合金熔體攪拌5分鐘以上，以使其混合均勻。
[0075]傳統(tǒng)的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量1.5%的Mg-30wt.% Zr中間合金(實際收得鋯約0.3% )，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至550°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為8°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至630°C (約為液相線以下10°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖9所示。[0076]本發(fā)明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均勻后，將爐溫升至750°C之間保溫，然后加入熔體總量3wt.%的純鋁，完全溶解后，攪拌5分鐘。靜置約5分鐘后待溫度上升至750°C，加入熔體總量1.5%的JDMJ鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間10分鐘，精煉后熔體靜置40分鐘。然后將合金熔體澆注到預(yù)熱至550°C的中間包中，控制中間包中的熔體冷卻速率為8°C /分鐘，采用熱電偶實時監(jiān)測中間包內(nèi)的熔體溫度變化，待熔體溫度冷卻至630°C (約為液相線以下10°C)時，澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察。其微觀組織照片如圖10所示。
[0077]由圖9、10對比可以發(fā)現(xiàn),針對Mg_5wt.% Sm-5wt.% Zn合金,采用3wt.% Al細化的方法可以達到添加1.5wt.% Zr相當(dāng)?shù)男Ч?br> [0078]需特別說明的是以上各實例中采用鋯細化的方法所得半固態(tài)漿料組織中不可避免地含有較多未能去除的夾雜物。
[0079]綜上所述，本發(fā)明通過在高溫鎂稀土合金熔體中加入一定含量的純鋁可以達到與采用鋯細化制漿相當(dāng)?shù)男Ч?，不僅可以在很大程度上減少昂貴鎂鋯中間合金的使用，且可以減少對熔體中雜質(zhì)的引入。而采用Al細化制漿的方法主要受所處理合金的成分(溶質(zhì)元素含量)、純鋁添加量及半固態(tài)處理的溫度和凝固條件所決定。
[0080]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。`
【權(quán)利要求】
1.一種稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: A、合金熔煉:根據(jù)稀土鎂合金中各元素配比，在700°C~750°C的鎂液中加入Mg-RE中間合金或依次加入Mg-RE中間合金、非稀土合金元素的中間合金或純金屬塊料，熔化形成熔體；所述熔體溫度回升至720°C~780°C之間保溫，加入純鋁，溶解，去浮渣，得合金熔體；在720V~780°C溫度下加入占所述合金熔體總量的1%~2%的精煉劑進行精煉； B、半固態(tài)漿料制備:將所述精煉后的合金熔體澆注到300°C~600°C的中間包中，控制中間包中的合金熔體冷卻速率在2~20°C /分鐘；待所述合金熔體冷卻至該合金液相線以下O~20°C時，即得所述稀土鎂合金的半固態(tài)漿料。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟A中，所述合金熔煉是在SF6和CO2混合氣氛保護下進行的。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟A中，所述稀土鎂合金包括如下質(zhì)量百分比含量的各組分: 稀土元素5~15%, 非稀土合金兀素O~5%, 鋁0.5~3%， 雜質(zhì)元素總量< 0.2%,余量為Mg。
4.如權(quán)利要求3所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，所述稀土元素為Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求3所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，所述非稀土合金元素為Ca、Zn、Mn、Sr中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求3所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，所述雜質(zhì)元素為Fe、S1、Cu、Ni中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟A中，所述合金熔煉之前還包括將純鎂、純鋁、鎂-稀土中間合金、非稀土合金元素的中間合金在180°C~220°C溫度下預(yù)熱3小時以上的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟A中，所述精煉時間為5~10分鐘，精煉后熔體靜置20~40分鐘。
9.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟A中，所述精煉劑為JDMJ鎂合金精煉劑。
10.如權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金的半固態(tài)漿料制備方法，其特征在于，步驟B中，所述稀土鎂合金的半固態(tài)漿料澆注到銅模中，用于半固態(tài)取樣觀察；或澆注，進行流變成形。
【文檔編號】C22C23/06GK103820661SQ201410070393
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】汪存龍, 吳國華, 劉文才, 張亮, 戴吉春, 莫文飛, 丁文江 申請人:上海交通大學(xué)