專利名稱：塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種阻燃鎂合金及其熔煉工藝，尤其是一種塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝，屬于金屬材料類及冶金類領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)中的鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它具有比重輕，比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性能、切削加工性能、鑄造性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于鎂極為活潑，鎂合金在熔化和加工過程中極容易氧化燃燒，生產(chǎn)中必須采用阻燃熔劑或在保護(hù)氣氛下熔煉鎂合金。鎂合金阻燃熔劑主要由鹵鹽組成，在熔煉過程中將產(chǎn)生有毒腐蝕氣體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還不可避免地使合金產(chǎn)生熔劑夾雜，降低合金的性能；在保護(hù)氣氛下熔煉鎂合金時，則存在設(shè)備復(fù)雜、投資巨大，同樣會產(chǎn)生有害氣體。此外，鎂合金的其它加工過程也常常需要在有嚴(yán)格的保護(hù)措施的條件下才能進(jìn)行，例如，鎂合金澆注過程中必須有嚴(yán)格的保護(hù)措施，鎂合金的熱擠壓、熱軋、熱鍛需要有防燃保護(hù)措施，鎂合金的熱處理需要在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，鎂合金的切削加工存在燃燒的危險。由于鎂為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，鎂合金的工藝塑性低，特別是在常溫條件下，鎂合金的塑性變形十分有限，當(dāng)溫度超過250℃以后，鎂合金的塑性變形能力才得以增強(qiáng)。英國專利904906認(rèn)為Be能夠提高鎂合金在500℃以下含CO2的氧化氣氛中的抗氧化性能，英國專利776649認(rèn)為Be和Ca能夠改善鎂合金的抗氧化性，并且，如果表面有氧化膜，這種鎂合金熔煉時就不會發(fā)生燃燒。但是，通常認(rèn)為Be的加入量不宜過多，否則將引起晶粒粗化、惡化合金機(jī)械性能，并增大熱裂傾向。而加Ca的鎂合金液受到攪動和沖擊后容易發(fā)生燃燒，并且，機(jī)械性能也會降低。經(jīng)多次文獻(xiàn)檢索，至今尚未發(fā)現(xiàn)有一種在無防燃保護(hù)措施條件下熔煉，也即在大氣中直接熔煉，并保留鎂合金良好的機(jī)械性能、切削加工性能以及熱擠壓、熱軋、熱鍛和熱處理等方面的良好性能的塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種在無保護(hù)措施下熔煉，也即在大氣中直接熔煉的新穎塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下通過加入一定的阻燃和其他元素以及運(yùn)用相應(yīng)的工藝方法，使鎂合金表面生成致密的保護(hù)性氧化膜，從而阻止鎂合金氧化燃燒的合金化途徑，同時，由于Be、RE對阻燃性的提高，RE對機(jī)械性能的有益作用，以及Be含量與RE、Al、Zn、Mn元素的合理搭配，從而獲得在大氣中直接熔煉、鑄錠、熱擠壓、熱軋、熱鍛、熱處理、高速切削加工方面良好性能的塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝，本發(fā)明包括兩大部分內(nèi)容本發(fā)明的組分配方重量百分比1.0-6.0％Al、0-0.4％RE、1.0-0.2％Zn、0.005-0.2％Be、0.05-0.5％Mn，雜質(zhì)元素限制為Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
本發(fā)明的熔煉和塑性變形工藝為，在鎂合金熔煉爐中加入干燥的工業(yè)純鎂，同時，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部化清后，加入阻燃合金元素和強(qiáng)化合金元素Be、RE、Zn、Mn，其中，Be、RE、Zn、Mn元素分別以Al-Be中間合金、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金的形式加入，或者將Al、Be、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Mn配成中間合金一起加入。待合金元素全部熔化后，攪拌合金液使成份均勻，當(dāng)鎂合金液溫度升至710-740℃時，加入變質(zhì)劑變質(zhì)處理，在710-740℃加入精煉劑精煉鎂合金液5-15分鐘，或者在710-740℃精煉鎂合金液后，進(jìn)行變質(zhì)處理，然后在710-740℃再次精煉鎂合金液，或者只在710-740℃精煉鎂合金液。最后，使鎂合金液溫度控制在710-740℃，靜置10-20分鐘后，撇去浮渣，合金液就可以暴露于空氣中完成以后的澆注操作和其它加工處理。鑄錠、擠壓材、軋材可以在300-550℃以下直接進(jìn)行擠壓、軋制和鍛造。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，在沒有保護(hù)措施的條件下熔煉，也即在大氣中直接熔煉的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)不需要保護(hù)措施直接用澆包澆注和鑄錠；不需要保護(hù)措施就可以熱擠壓、熱軋、熱鍛不需要防燃保護(hù)措施就可以在空氣中熱處理、高速切削加工。變形阻燃鎂合金鑄錠、擠壓材和軋材可以不需要任何防燃保護(hù)措施進(jìn)行擠壓、軋制和鍛造，本發(fā)明的燃點(diǎn)大于800℃，在400℃的擠壓變形量大于90％，本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性分別大于220MPa、8％、20J。
以下將給實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述實(shí)施例1合金的成分(重量百分比)為1.0％Al、1.0％Zn、0.005％Be、0.05％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在工業(yè)用鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，加入Al-Be中間合金、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金。當(dāng)合金元素全部熔化、金屬液溫度升至710℃時，加入鎂合金精煉劑精煉，然后進(jìn)行變質(zhì)處理，然后再次精煉，或者當(dāng)金屬液溫度為710℃時，進(jìn)行變質(zhì)處理，然后進(jìn)行精煉，或者在710℃時只進(jìn)行精煉，精煉完畢靜置10分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，鎂合金液溫度在680℃即可采用澆包盛鎂合金液澆注鑄錠。本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度、伸長率分別達(dá)到220MPa、8％。鑄錠在無任何防燃保護(hù)措施的條件下，在400℃擠壓變形可以達(dá)到95％。鑄錠或擠壓材可以無任何防燃保護(hù)措施的條件下在300℃進(jìn)行擠壓、熱軋和鍛造，并且，可以進(jìn)行淬火、淬火后人工時效熱處理和進(jìn)行高速切削加工。
實(shí)施例2合金的成分(重量百分比)為6.0％Al，0.2％RE、0.2％Zn、0.055％Be、0.5％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在工業(yè)用鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，加入Al-Be中間合金、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金，當(dāng)合金元素全部熔化、溫度升至740℃時，，加入鎂合金精煉劑精煉，精煉完畢靜置20分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，鎂合金液溫度在720℃即可采用澆包盛鎂合金液澆注鑄錠。鑄錠在無任何防燃保護(hù)措施的條件下在400℃的擠壓變形可達(dá)95％，鑄錠和擠壓材在無任何防燃保護(hù)措施的條件下，在550℃進(jìn)行擠壓、熱軋和鍛造，本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度、伸長率能分別達(dá)到230MPa、10％。并且，可以進(jìn)行淬火、淬火后人工時效熱處理和進(jìn)行高速切削加工。
實(shí)施例3合金的成分(重量百分比)為3.0％Al、0.2％RE、0.6％Zn、0.025％Be、0.2525％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，加入Al-Be中間合金、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金。當(dāng)合金元素全部熔化、金屬液溫度升至725℃時，加入鎂合金精煉劑精煉，然后進(jìn)行變質(zhì)處理，然后再次精煉，或者當(dāng)金屬液溫度為725℃時，進(jìn)行變質(zhì)處理，然后進(jìn)行精煉，或者在725℃只進(jìn)行精煉。精煉完畢靜置15分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，鎂合金液溫度在700℃即可采用澆包盛鎂合金液澆注鑄錠。鑄錠在無任何燃保護(hù)措施的條件下在400℃的擠壓變形可以達(dá)到90％。鑄錠或擠壓材可以在無任何防燃保護(hù)措施的條件下，在425℃進(jìn)行擠壓、熱軋和鍛造。本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度、伸長率能分別達(dá)到260Mpa、8％。鑄件可以在無保護(hù)的條件進(jìn)行淬火、淬火后人工時效熱處理和進(jìn)行高速切削加工。
權(quán)利要求
1.一種塑性變形阻燃鎂合金，組分包括Al、RE、Zn、Be、Mn、Mg，其特征在于各組分配方重百分比為1.0-6.0％Al、0-0.4％RE、1.0-0.2％Zn、0.005-0.2％Be、0.05-0.5％Mn，對雜質(zhì)元素限制為Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
2.一種塑性變形阻燃鎂合金熔煉和塑性變形工藝，其特征在于在大氣中直接熔煉的條件下，在熔煉爐中加入干燥的工業(yè)純鎂，同時，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用的覆蓋劑，待鎂全部化清后，加入阻燃合金元素和強(qiáng)化合金元素Be、RE、Zn、Mn，待合金元素全部熔化后，攪拌合金液使成分均勻，當(dāng)合金液溫度升至710-740℃時，加入變質(zhì)劑變質(zhì)處理，在710-740℃加入精煉劑精煉合金液5-15分鐘，或者在710-740℃精煉鎂合金液后，進(jìn)行變質(zhì)處理，然后在710-740℃再次精煉鎂合金液、或者只在710-740℃精煉鎂合金液。最后，使合金液溫度控制在710-740℃，靜置10-20分鐘后，撇去浮渣，合金液就可以暴露于大氣中完成以后的澆注操作和其他加工處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的這種塑性變形阻燃鎂合金熔煉和塑性變形工藝，其特征還在于Be、RE、Zn、Mn元素分別以Al-Be中間合金、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金的形式替代加入；或者將Al、Be，富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Mn配成中間合金一起加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的這種塑性變形阻燃鎂合金熔煉和塑性變形工藝，其特征還在于合金鑄錠、擠壓材、軋材可以在大氣中、在300-550℃下直接進(jìn)行擠壓、軋制和鍛造。
全文摘要
本發(fā)明組分為:1.0—6.0%Al、0—0.4%RE、1.0—0.2%Zn、0.005—0.2%Be、0.05—0.5%Mn,對雜質(zhì)元素限制為Si≤0.05%、Fe≤0.005%、Cu≤0.015%、Ni≤0.002%,其余為Mg。在大氣中直接熔煉的條件下,在爐中加入工業(yè)純鎂、覆蓋劑,待化清后加入Al、Be、RE、Zn、Sr、Mn,待全部熔化后,攪拌均勻,當(dāng)710—740℃時,加精煉劑精煉5—15分鐘,最后控制在710—740℃,靜置10—20分鐘,撇去浮渣,就可在大氣中在300—550℃下塑性變形加工。
文檔編號C22C23/00GK1241642SQ9911386
公開日2000年1月19日 申請日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月9日
發(fā)明者丁文江, 王渠東 申請人:上海交通大學(xué)