本發(fā)明屬于金屬材料
技術(shù)領域：
，尤其涉及一種高速擠壓的高強度變形鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鎂及鎂合金具有密度小的特點，雖然一般鋁合金的力學性能與同尺寸鎂合金的力學性能相當，但鎂合金的比強度和比剛度明顯高于鋼和鋁合金，且比工程塑料要高得多。因此，鎂及鎂合金憑借其密度小及其它優(yōu)勢而受到廣泛關注。在能源緊缺和環(huán)境惡化的今天，鎂合金材料的開發(fā)與研究一直是金屬材料領域的一個重點研究方向。美、歐、日等發(fā)達國家或地區(qū)在很早就對鎂合金開展了較系統(tǒng)的研究，并且在其加工與制備方面取得了令人矚目的成就。但由于鎂合金成形和加工技術(shù)設備大都十分復雜且造價昂貴，使得鎂合金的制備從研究向技術(shù)轉(zhuǎn)化時存在一定的困難。目前實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的高強變形鎂合金主要以Mg-Al系為主，由于Al含量高，使得這類合金中存在著大量的鎂鋁相，這些第二相具有較低的熔點，在高速擠壓的過程中極易發(fā)生第二相溶解從而導致型材開裂。因為上述材料特性，使其存在變形速率不可太快的缺點。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個目的是提供一種高速擠壓的高強度變形鎂合金，該合金在進行高速擠壓的同時可以保持較高的力學性能。本發(fā)明的另一個目的是提供一種高速擠壓的高強度變形鎂合金的制備方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種高速擠壓的高強度變形鎂合金，該合金為Mg-Zn-Sn-Al-Sr-Mn-Ce-Be鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的原料制備而成：2-5.5％的Zn、0.3-5％的Sn、0.5-2％的Al、0.1-1％的Sr、0.1-1％的Mn、0.1-1％的Ce、0.00005-0.0002％的Be，其余為鎂。上述的高速擠壓的高強度變形鎂合金的制備方法包括以下步驟：(1)將合金化坩堝清理干凈后預熱至300-500℃，然后將預熱后的純鎂錠投入坩堝中并升溫至700-800℃熔化成鎂液；(2)按原料配比，向步驟1得到的鎂液中投入純鋅、純鋁、Mg-Sn中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Ce中間合金、Al-Be中間合金和MnCl2并且攪拌20-30分鐘，攪拌過程中向熔體均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(3)將步驟2得到的鎂液控溫至740-760℃之間，進行攪拌，期間向熔體均勻撒入質(zhì)量為鎂液總量0.5-1.5％的RJ-5鎂合金精煉劑進行精煉，精煉時間為20-50分鐘，然后吹工業(yè)純Ar進行精煉，精煉時間為20-50分鐘；(4)將步驟3得到的精煉后的鎂液降溫至630-660℃，然后升溫至690-720℃后采用金屬鑄造設備制備成鎂合金鑄態(tài)坯料，在澆鑄過程中通入CO2-SF6混合氣體進行保護；(5)均勻化退火處理：均勻化退火溫度為400-550℃，保溫時間為4-24h，均勻化退火后將坯料切割成所需尺寸并去皮；(6)將上述所制備的坯料放入擠壓機上進行變形處理得到鎂合金型材，擠壓溫度為300-480℃，擠壓比為10-80，擠壓速度為1-30m/min；(7)對步驟6得到的鎂合金型材進行150-250℃、8-24h的時效處理，時效處理后得到高速擠壓的高強度變形鎂合金。在所述步驟(2)中，MnCl2為顆粒狀，顆粒直徑為1-3mm。在所述步驟(2)中，Mg-Ce中間合金為Mg-10Ce中間合金。在所述步驟(4)中，CO2-SF6混合氣體中CO2和SF6的體積比為100:1。在所述步驟(4)中，制備坯料使用的模具為用于鎂合金的成型的棒、板、管、絲或各種異性模具。本發(fā)明提供的鎂合金在高擠壓比的條件下實現(xiàn)快速擠壓，即在擠壓比不小于30，型材尺寸復雜的情況下其擠壓速度可大于25m/min，主要可以解決高強度鎂合金因后期加工變形速率底下而使制造成本大幅提高所帶來的問題。并且擠壓終了的型材具有很高的力學性能，適用于3C產(chǎn)品外殼、休閑用品承重結(jié)構(gòu)以及航空航天零部件的坯料等；該種材料制備工藝簡單、成本低，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案：以下實施例中所使用的原料為純鎂錠(99.8wt％)、純鋅錠(99.5wt％)、純錫錠(99.9wt％)、純鋁錠(99.5wt％)、純鍶錠(99.9wt％)、Mg-10Ce中間合金、Al-1Be中間合金以及MnCl2(99.9wt％)。實施例1所設計的Mg-3Zn-2Sn-1Al-0.3Sr-0.5Mn-0.1Ce-0.00005Be(wt％)按成分配比稱取所需原料(每1000g目標合金由30gZn、20gSn、10gAl、3gSr、10gMg-10Ce中間合金、0.005gAl-1Be中間合金、11.5gMnCl2和915.495gMg組成)，制備方法包括以下步驟：(1)將合金化坩堝清理干凈并且預熱爐膛至300℃，并將所用原料預熱至80℃，投入純鎂錠升溫至700℃熔化成鎂液；(2)待鎂液加熱至700℃以后，依次加入30gZn、20gSn、10gAl、3gSr、10gMg-10Ce中間合金、11.5gMnCl2和0.005gAl-1Be中間合金，MnCl2為顆粒狀，顆粒直徑為1mm，在加熱過程中使用機械泵攪拌20分鐘，攪拌過程中向熔體均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(3)然后將步驟2得到的鎂液升溫至740℃開始精煉，攪拌并撒入5g(以1000g鎂液為例)RJ-5鎂合金精煉劑，精煉時間為20分鐘，然后吹入Ar氣進行精煉，吹氣時間為20分鐘，吹氣同時均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑并且不斷攪拌，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(4)將步驟3得到的精煉后的鎂液降溫至630℃，然后升溫至690℃后采用金屬鑄造設備制備成鎂合金鑄態(tài)坯料，在澆鑄過程中通入CO2-SF6混合氣體進行保護，CO2-SF6混合氣體中CO2和SF6的體積比為100:1；(5)均勻化退火：均勻化退火溫度為400℃，坯料回爐加熱至規(guī)定溫度，并保溫5h(其中不包括升溫時間的1h)，退火完畢后將坯料機加工至規(guī)定尺寸；(6)將機加工后坯料預熱后放入擠壓機上進行變形處理得到鎂合金型材，擠壓溫度為350℃，擠壓比為20，擠壓速度為10m/min，所得型材空冷至室溫；(7)將所得鎂合金型材進行150℃，5h的時效處理，得到高速擠壓的高強度變形鎂合金。實施例2所設計的Mg-4Zn-3.5Sn-2Al-0.3Sr-0.6Mn-0.2Ce-0.00008Be(wt％)按成分配比稱取所需原料(每1000g目標合金由40gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中間合金、0.008gAl-1Be中間合金、13.8gMnCl2和868.192gMg組成)，制備方法包括以下步驟：(1)將合金化坩堝清理干凈并且預熱爐膛至400℃，并將所用原料預熱至100℃，投入純鎂錠升溫至750℃熔化成鎂液；(2)待鎂液加熱至750℃以后，依次加入40gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中間合金、13.8gMnCl2和0.008gAl-1Be中間合金，MnCl2為顆粒狀，顆粒直徑為2mm，在加熱過程中使用機械泵攪拌25分鐘，攪拌過程中向熔體均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(3)然后將步驟2得到的鎂液升溫至750℃開始精煉，攪拌并撒入10g(以1000g鎂液為例)RJ-5鎂合金精煉劑，精煉時間為30分鐘，然后吹入Ar氣進行精煉，吹氣時間為30分鐘，吹氣同時均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑并且不斷攪拌，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(4)將步驟3得到的精煉后的鎂液降溫至645℃，然后升溫至700℃后采用金屬鑄造設備制備成鎂合金鑄態(tài)坯料，在澆鑄過程中通入CO2/SF6混合氣體進行保護，CO2/SF6混合氣體中CO2和SF6的體積比為100:1；(5)均勻化退火：均勻化退火溫度為450℃，坯料回爐加熱至規(guī)定溫度，并保溫10h(其中不包括升溫時間的1h)，退火完畢后將坯料機加工至規(guī)定尺寸；(6)將機加工后坯料預熱后放入擠壓機上進行變形處理得到鎂合金型材，擠壓溫度為400℃，擠壓比為40，擠壓速度為15m/min，所得型材空冷至室溫；(7)將所得鎂合金型材進行200℃,10h的時效處理，得到高速擠壓的高強度變形鎂合金。實施例3所設計的Mg-5Zn-3.5Sn-2Al-0.3Sr-0.8Mn-0.2Ce-0.0001Be(wt％)按成分配比稱取所需原料(每1000g目標合金由50gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中間合金、0.01gAl-1Be中間合金、18.4gMnCl2和853.59gMg組成)，制備方法包括以下步驟：(1)將合金化坩堝清理干凈并且預熱爐膛至500℃，并將所用原料預熱至100℃，投入純鎂錠升溫至800℃熔化成鎂液；(2)待鎂液加熱至800℃以后，依次加入50gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中間合金、18.4gMnCl2和0.01gAl-1Be中間合金，MnCl2為顆粒狀，顆粒直徑為3mm，在加熱過程中使用機械泵攪拌30分鐘，攪拌過程中向熔體均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(3)然后將步驟2得到的鎂液升溫至760℃開始精煉，攪拌并撒入15g(以1000g鎂液為例)RJ-5鎂合金精煉劑，精煉時間為40分鐘，然后吹入Ar氣進行精煉，吹氣時間為40分鐘，吹氣同時均勻撒入RJ-5鎂合金精煉劑并且不斷攪拌，RJ-5鎂合金精煉劑的量以鎂液不燃燒為準；(4)將步驟3得到的精煉后的鎂液降溫至660℃，然后升溫至710℃后采用金屬鑄造設備制備成鎂合金鑄態(tài)坯料，在澆鑄過程中通入CO2/SF6混合氣體進行保護，CO2/SF6混合氣體中CO2和SF6的體積比為100:1；(5)均勻化退火：均勻化退火溫度為500℃，坯料回爐加熱至規(guī)定溫度，并保溫15h(其中不包括升溫時間的1h)，退火完畢后將坯料機加工至規(guī)定尺寸；(6)將機加工后坯料預熱后放入擠壓機上進行變形處理得到鎂合金型材，擠壓溫度為450℃，擠壓比為80，擠壓速度為20m/min，所得型材空冷至室溫；(7)將所得鎂合金型材進行250℃,15h的時效處理，得到高速擠壓的高強度變形鎂合金。上述3個實施例制得的產(chǎn)品的鎂合金的性能參數(shù)如下：鎂合金狀態(tài)屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)延伸率(％)實施例1擠壓態(tài)20828311.0實施例2擠壓態(tài)23130210.7實施例3擠壓態(tài)26933112.1與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明采用了少量多元的設計思路，其中Zn的添加可以減小擠壓過程中的突破壓力，與傳統(tǒng)的鎂合金強化元素Al相比，Zn的添加量可以比Al少10％-30％而達到相同的強度；輔以適量的Sn可以通過簡單的合金化手法形成大量的高熔點第二相，此種方法可以有效的提高鎂合金在高擠壓比下的擠壓速度，從而大大降低生產(chǎn)成本；不僅如此，通過微量的Al、Sr、Ce、Mn的添加可以在不影響材料加工速度的前提下大大提高鎂合金的耐腐蝕性能；最后加入極其微量的Be元素可以使鎂合金在熔煉的過程中減少帶入因燃燒帶來的氧化夾渣，可以同時提高鎂合金的擠壓速度及耐腐蝕性，不僅如此，此元素的添加還可大大增強鎂合金的阻燃性能，使其在航空航天領域內(nèi)的應用成為可能；(2)本發(fā)明所制備的擠壓型材的晶粒細小、均勻，平均晶粒尺寸可達2-5μm。并且通過后期的時效處理，會析出大量納米分散的Mg-Zn強化相。由于最終型材具有均勻并且細小的晶粒，加上均勻分布的納米級強化相，可以使最終的型材具有良好的力學性能和可加工性能；(3)本發(fā)明所制備型材由于采用了少量多元的設計思路，其在高擠壓比的條件下擠壓速度可高于25m/min，并且所得材料屈服強度和抗拉強度最高可達297MPa和346MPa，遠高于目前最常用的AZ31和ZK60等牌號鎂合金；(4)本發(fā)明的鎂合金坯料制備工藝簡單，現(xiàn)有的熔煉及擠壓設備均可制備，不需額外改進，對設備要求低。并且在后期加工具有擠壓速度快生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。最終的擠壓型材具有強度高、耐腐蝕性好、阻燃性好等優(yōu)點。依照本
發(fā)明內(nèi)容的技術(shù)方案，調(diào)整制備過程中相應的工藝參數(shù)進行不同材料的制備，最終制備的材料，與上述實施例制備的材料基本表現(xiàn)出相同的性質(zhì)。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3