一種室溫高塑性變形鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種室溫高塑性變形鎂合金及其制備方法，所述鎂合金中各組分的重量百分比為：Al：5.5wt%-7.3wt%；Zn：0.40wt%-1.50wt%；Mn：0.15wt%-0.50wt%；P：0.05wt%-1.0wt%；余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其中不可避免的雜質(zhì)重量百分比為：Si≤0.05wt%，F(xiàn)e≤0.004wt%，Cu≤0.004wt%，Ni≤0.002wt%。本發(fā)明主要是在現(xiàn)有鎂合金熔煉工藝中添加非金屬元素P，通過非金屬元素P的作用，得到穩(wěn)定細(xì)小晶粒組織，改善與提高室溫塑性，能夠滿足成品或半成品的室溫加工與使用要求。
【專利說明】一種室溫高塑性變形鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明涉及鎂合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，涉及一種室溫高塑性變形鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金是21世紀(jì)輕量化材料，鎂合金因其具有比重輕，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性、切削加工性和鑄造性好，另外還具有電磁屏蔽能力強(qiáng)、資源豐富和容易回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)和應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，成為了“最年輕”的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。其應(yīng)用在航空航天、汽車、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件上，可以明顯減輕重量、節(jié)省燃油消耗。
[0003]傳統(tǒng)的鎂合金的應(yīng)用主要是以模鑄、壓鑄等鑄造工藝生產(chǎn)產(chǎn)品，但產(chǎn)品容易出現(xiàn)晶粒粗大、組織疏松、成分偏析且力學(xué)性能偏低等缺陷，不能充分發(fā)揮鎂合金的性能優(yōu)勢。目前，國內(nèi)外均十分重視變形鎂合金的研究與開發(fā)，變形鎂合金是指可用擠壓、軋制、鍛造和沖壓等塑性成形方法加工的鎂合金，與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金的晶粒細(xì)小，無偏析和微觀孔洞，具有優(yōu)良的綜合性能。
[0004]然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，鎂是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫滑移系少，塑性差，變形加工困難，特別是鎂合金板材、管材、型材等室溫二次成形更困難。室溫塑性差已成為變形鎂合金加工與應(yīng)用上的一個(gè)瓶頸，改善變形鎂合金的室溫塑性也就成為其應(yīng)用中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)中的變形鎂合金的室溫塑性差、加工成形性能差的技術(shù)問題，提供一種具有高塑性，特別是室溫高塑性變形鎂合金。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明提供一種室溫高塑性變形鎂合金，各組分按照重量百分比為:A1:
5.5wt%-7.3wt% ；Zn:0.40wt%-l.50wt% ；Mn:0.15wt%-0.50wt% ；P:0.05wt%-l.0wt% ;余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]優(yōu)選地，Al:5.8wt%-6.3wt% ；Zn:0.8wt%-l.2wt% ；Mn:0.2wt%-0.4wt% ；P:0.25wt%-0.55wt%0
[0009]雜質(zhì)為少量的Fe、S1、N1、Cu等雜質(zhì)中的一種或幾種，其重量百分比為:Si ( 0.05wt%, Fe ( 0.004wt%, Cu ( 0.004wt%, Ni ( 0.002wt%。
[0010]更優(yōu)選地，Al:5.95wt% ；Zn:1.05wt% ；Mn:0.30wt%, P:0.25wt%-0.55wt%。
[0011]本發(fā)明還提供一種上述的室溫高塑性變形鎂合金的制備方法，主要包含步驟:
[0012]I)準(zhǔn)備好原料:純度≤99.9wt%的純鎂錠、純度≤99.9wt%的純鋁錠、純度^ 99.9wt%的純鋅錠、純度> 99.9wt%的純單質(zhì)紅磷與鋁錳中間合金錠；助熔劑:底熔劑、覆蓋劑和精煉劑；均可采用現(xiàn)有的用于鎂合金制備的底熔劑、覆蓋劑和精煉劑，例如:底熔劑是RJ-1、覆蓋劑RJ-6、精煉劑RJ-5 ；
[0013]2)干燥:將準(zhǔn)備好的原料進(jìn)行干燥處理，其中，Mg、Al、Zn、P在100°C ±10°C溫度下烘干，而AlMn中間合金在150°C ± 10°C溫度下烘干，烘干的作用是為了去除原料中的水分，防止熔煉過程中，水與鎂反應(yīng)產(chǎn)生爆炸；
[0014]3)熔融合金化:
[0015]熔化:在整個(gè)熔煉過程中，持續(xù)向坩堝中通入SF6氣體進(jìn)行保護(hù)，先將坩堝預(yù)熱至200-250°C，將稱量好的鎂錠、鋁錠、鋅錠放入坩堝中并加入底熔劑加熱熔化，底熔劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5-2.5wt%，待鎂錠、鋁錠、鋅錠全部熔化后，加入已稱量好的鋁錳中間合金，繼續(xù)加熱，待鋁錳中間合金充分熔化后，攪拌均勻，制得鎂合金中間熔液，整個(gè)熔化過程的時(shí)間控制在2-6H，且鎂合金熔液的最終溫度控制在670-690°C。在整個(gè)熔化過程中不時(shí)均勻地撒入覆蓋劑以防止燃燒，撒覆蓋劑的一般原則是:不使金屬表面啟燃，加入量盡量小，能夠覆蓋住熔液表面即可，覆蓋劑的用量約占爐料質(zhì)量的0.3-0.5wt% ;因?yàn)殒V的活性高，在空氣中加熱，易氧化燒損，且在熔融狀態(tài)下，無覆蓋劑保護(hù)時(shí)，會(huì)劇烈的燃燒。因而整個(gè)熔煉過程需要在SF6氣體保護(hù)下進(jìn)行，并且需要撒入覆蓋劑；
[0016]混熔:向鎂合金中間熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)加入稱量好的非金屬磷，并采用機(jī)械攪拌，混熔的時(shí)間控制在l_20min，溫度控制在690_720°C，混熔后得到鎂合金熔液；
[0017]4)精煉:向鎂合金熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在鎂合金熔液的表面均勻撒入精煉劑進(jìn)行精煉，并采用機(jī)械攪拌，精煉劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5-2.5wt%，然后升溫，溫度控制在720-730°C，時(shí)間控制在30-45min，使加入的金屬在較高的溫度下更好的合金化；結(jié)束后靜置降溫，靜置時(shí)間控制在10-30min，溫度控制在660-680°C，使熔劑和夾雜物沉降，使合金更加 均勻化，得到鎂合金熔體；
[0018]5)澆鑄:將精煉后的鎂合金熔體注入模具中，成型后脫模，制得鎂合金鑄棒，澆注的條件為:在660-680°C的溫度下，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，保護(hù)氣氛通常為SF6、CO2, N2, SO2,惰性氣體或混合氣體保護(hù)氣氛。
[0019]本發(fā)明的變形鎂合金具有高塑性，特別是室溫高塑性，能夠滿足對變形鎂合金在常溫條件下進(jìn)行塑性加工的需要，將極大的提高鎂合金的生產(chǎn)效率。
[0020]發(fā)明人通過大量的研究，證實(shí)通過在AZ61變形鎂合金中添加一定量的非金屬元素磷(P)，能夠極大的提高變形鎂合金的室溫塑性和加工性能:
[0021]1、本發(fā)明通過添加非金屬元素磷，可以有效降低鎂合金晶格中的c/a值，顯著增加錐面滑移系的激活能力，這樣就能夠協(xié)調(diào)c軸方向的應(yīng)變而提高壓縮延展性，提高了塑性成形能力。
[0022]2、本發(fā)明通過添加非金屬元素磷使Zn元素與P形成ZnP2中間合金，并向β -Mg17Al12相的周圍偏聚，同時(shí)β -Mg17Al12相中的Zn含量有所減少；Ρ的加入，使合金相中的Zn元素減少，提高鑄態(tài)下ΑΖ61合金的室溫塑性。
[0023]3、本發(fā)明通過添加非金屬磷，與鋁形成AlP金屬間化合物，細(xì)小彌散分布在基體中，起到細(xì)化晶粒組織作用，而小晶粒之間的晶界更易滑動(dòng)，同時(shí)協(xié)助大晶粒變形，從而極大的提高合金的塑性成形能力。
[0024]4、本發(fā)明通過添加非金屬磷，還能夠?qū)g17Al12相產(chǎn)生變質(zhì)作用，通過對合金組織的細(xì)化和對Mg17Al12相的變質(zhì)起到抑制裂紋形成或延緩裂紋擴(kuò)展的作用，提高合金的塑性成形能力。
[0025]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，作詳細(xì)說明如下。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]烘干:將準(zhǔn)備好的原料:純鎂、純鋁、純鋅(純度均> 99.9wt%)、純紅磷和鋁錳中間合金，進(jìn)行烘干處理，其中Mg、Al、Zn、P在100°C溫度下烘干，而AlMn中間合金則在150°C溫度下烘干；
[0028]其中上述原料中含有質(zhì)量百分比的:A1:5.95%，Zn: 1.05%, Mn:0.30%, P:0.25。
[0029]熔煉:在整個(gè)熔煉過程中，持續(xù)向電阻坩堝中通入SF6氣體進(jìn)行保護(hù)，先將電阻坩堝預(yù)熱至200°C，在坩堝側(cè)壁和底部撒上適量的底熔劑RJ-1，然后放入稱量好的Mg、Al、Zn金屬錠，繼續(xù)加熱，待Mg、Al、Zn金屬錠全部熔化后，在680°C的溫度下加入已稱量好的Al-Mn中間合金并不時(shí)的均勻撒下覆蓋劑RJ-6 JfAl-Mn中間合金全部熔化后，再在700°C溫度下加入0.25wt%的非金屬磷，同時(shí)不時(shí)均勻地撒下覆蓋劑RJ-6，待上述合金充分熔化后，攪拌均勻，同時(shí)保溫5min ;加入精煉劑RJ-5進(jìn)行精煉，在精煉的過程中，精煉劑的加入量為爐料量的10%左右，加入后充分?jǐn)嚢琛㈧o置5min，然后升溫至720°C保溫30min，再降溫680°C靜置15min，最后澆入預(yù)熱溫度為250°C的鐵模中，制得鎂合金鑄棒BI。所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，塑性性能測試結(jié)果見表2。
[0030]實(shí)施例2
[0031]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，磷的添加量為0.35wt%,制得鎂合金鑄棒B2，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0032]實(shí)施例3
[0033]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，磷的添加量為0.45wt%,制得鎂合金鑄棒B3，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0034]實(shí)施例4
[0035]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，磷的添加量為0.55wt%,制得鎂合金鑄棒B4，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0036]實(shí)施例5
[0037]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鋁的添加量為5.5wt%，鋅的添加量為0.4wt%,錳的添加量為0.15wt%,磷的添加量為0.05wt%,制得鎂合金鑄棒B5，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0038]實(shí)施例6
[0039]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鋁的添加量為5.8wt%，鋅的添加量為0.8wt%，錳的添加量為0.2wt%，磷的添加量為1.0wt%,制得鎂合金鑄棒B6，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。[0040]實(shí)施例7
[0041]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鋁的添加量為6.3wt%，鋅的添加量為1.2wt%，錳的添加量為0.4wt%，磷的添加量為0.05wt%，制得鎂合金鑄棒B7，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0042]實(shí)施例8
[0043]原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鋁的添加量為7.3wt%，鋅的添加量為1.50wt%，錳的添加量為0.50wt%，磷的添加量為1.0wt%，制得鎂合金鑄棒B8，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，強(qiáng)度性能測試結(jié)果見表2。
[0044]對比例I
[0045]對比例I用于說明沒有添加鎂與釔的壓鑄鋁合金性能，其余與實(shí)施例1相同，制得鎂合金鑄棒Al。
[0046]件能測丨試:
[0047]I)化學(xué)成分、塑性性能測試:
[0048]將上述實(shí)施例1-8制備的鎂合金鑄棒B1-B8以及對比例I制備的鎂合金鑄棒Al分別進(jìn)行化學(xué)成分檢測(ICP測試)、塑性性能測試(通過萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測試)，所得到的鎂合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，塑性性能測試結(jié)果見表2。
[0049]表1 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)wt%)
【權(quán)利要求】
1.一種室溫高塑性變形鎂合金，其特征在于，各組分按照重量百分比為:A1:5.5wt%-7.3wt% ；Zn:0.40wt%-l.50wt% ；Mn:0.15wt%-0.50wt% ；P:0.05wt%-l.0wt% ;余量為Mg和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫高塑性變形鎂合金，其特征在于，Al:5.8wt%-6.3wt% ；Zn:0.8wt%-l.2wt% ；Mn:0.2wt%-0.4wt% ；P:0.25wt%-0.55wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫高塑性變形鎂合金，其特征在于，雜質(zhì)的重量百分比為:Si ≤0.05wt%, Fe ≤ 0.004wt%, Cu ≤ 0.004wt%, Ni≤ 0.002wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的室溫高塑性變形鎂合金，其特征在于，Al:5.95wt% ；Zn:1.05wt% ；Mn:0.30wt%, P:0.25wt%-0.55wt%。
5.一種權(quán)利要求1所述的室溫高塑性變形鎂合金的制備方法，其特征在于，包含步驟: 1)準(zhǔn)備好原料:純度≥99.9wt%的純鎂錠、純度≥99.9wt%的純鋁錠、純度≥99.9wt%的純鋅錠、純度> 99.9wt%的純單質(zhì)紅磷與鋁錳中間合金錠；助熔劑:底熔劑、覆蓋劑和精煉劑； 2)干燥:將準(zhǔn)備好的原料進(jìn)行干燥處理； 3)熔融合金化: 熔化:將稱量好的鎂錠、鋁錠、鋅錠放入坩堝中并加入底熔劑加熱熔化，待鎂錠、鋁錠、鋅錠全部熔化后，加入已稱量好的鋁錳中間合金，繼續(xù)加熱，待鋁錳中間合金充分熔化后，攪拌均勻，制得鎂合金中間熔液，其中在整個(gè)熔化過程中不時(shí)均勻地撒入覆蓋劑以防止燃燒； 混熔:向鎂合金中間熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)加入稱量好的非金屬磷，并攪拌，混熔的時(shí)間控制在l_20min，溫度控制在690_720°C，混熔后得到鎂合金熔液； 4)精煉:向鎂合金熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在鎂合金熔液的表面均勻撒入精煉劑進(jìn)行精煉，并攪拌，然后升溫，溫度控制在720-730°C，時(shí)間控制在30-45min，使加入的金屬合金化；結(jié)束后靜置降溫，靜置時(shí)間控制在10-30min，溫度控制在660-680°C，使熔劑和夾雜物沉降，使合金均勻化，得到鎂合金熔體； 5)澆鑄:將精煉后的鎂合金熔體注入模具中，在660-680°C的溫度下，在保護(hù)氣氛中澆注，成型后脫模，制得鎂合金鑄棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟I)所述的底熔劑是RJ-1，覆蓋劑是RJ-6、精煉劑是RJ-5。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2)中，Mg、Al、Zn、P在100°C±10°C溫度下烘干，Al-Mn中間合金在150°C ±10°C溫度下烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟3)中，底熔劑的用量為占爐料質(zhì)量的1.5-2.5wt% ;覆蓋劑的用量為占爐料質(zhì)量的0.3-0.5wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟4)中，精煉劑的用量為占爐料質(zhì)量的1.5-2.5wt%。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟5)所述的保護(hù)氣氛為SF6、CO2,N2,SO2、惰性氣體或混合氣體保護(hù)氣氛。
【文檔編號】C22C1/03GK103866169SQ201410090797
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】鄧邦惠, 余云 申請人:蘇州凱宥電子科技有限公司