一種加壓凝固鎂合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，涉及鎂合金，具體涉及一種加壓凝固鎂合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，具有許多優(yōu)良的性能，應(yīng)用前景極為 廣泛。隨著技術(shù)和價(jià)格兩大瓶頸的突破，全球鎂的用量以每年20%的幅度快速增長，這在近 代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。鎂及其合金作為最輕的工程金屬材料，具有比重 輕，比強(qiáng)度高，阻尼性及切削加工性好，導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)，以及減振性好和易于回 收等一系列優(yōu)點(diǎn)，滿足了汽車工業(yè)減重，節(jié)能，環(huán)保以及通迅電子器件高度集成化和輕薄小 型化的要求，在汽車和摩托車工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。目前我國已 成為鎂資源儲備、鎂生產(chǎn)量、鎂出口量、鎂消費(fèi)量四個世界第一的鎂產(chǎn)業(yè)大國。
[0003] 鎂合金的氧化夾雜、熔劑夾渣和氣體溶解度遠(yuǎn)比鋁合金多。因此，需要進(jìn)行凈化處 理。目前，在我國多采用熔劑精煉法，有些國家也采用氣體精煉法，并研發(fā)了一些新的凈化 技術(shù)?，F(xiàn)有的精熔技術(shù)成本較高，廣泛應(yīng)用的熔鑄方法無法達(dá)到要求，雜質(zhì)較多。傳統(tǒng)的鑄 造工藝得到的鎂合金產(chǎn)品的顯微組織及析出相比較粗大且分布不均衡，易產(chǎn)生氣孔、縮松 等缺陷，降低了鑄件的致密度，惡化了鑄件的機(jī)械性能，因而鎂的現(xiàn)有使用情況遠(yuǎn)沒有充分 發(fā)揮鎂合金材料的潛在優(yōu)勢。鑄造壓力可使鑄件空隙尺寸減小，增加致密性，提高鑄件密 度，使成分重新分區(qū)，達(dá)到凈化的效果。目前主要是用高壓六面頂壓機(jī)加壓，一次性投資大， 適用于大批量復(fù)雜的大型零件的鑄造，成本較高。因此尋找一種簡單、成本低、易操作的加 壓凝固鎂合金的方法成為難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種加壓凝固鎂合金的方法，解決現(xiàn)有 技術(shù)中加壓凝固過程只能生產(chǎn)大批量大型零件，并且生產(chǎn)成本極高的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本申請采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種加壓凝固鎂合金的方法，該方法將鎂合金原料在密封腔中加熱至熔化，對密 封腔進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，冷卻凝固后得到鎂合金鑄樣。
[0007] 本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征：
[0008] 所述的密封腔的材質(zhì)采用45號鋼。
[0009] 所述的密封腔為管狀容器，管狀容器水平放置，以管狀容器的中間位置作為轉(zhuǎn)動 中心軸進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)。
[0010] 所述的管狀容器的截面為圓狀或兩個等腰梯形底邊相連拼接成的對稱六邊形。
[0011] 所述的管狀容器的截面為圓狀時(shí)的型腔尺寸為Φ 25 X 300mm。
[0012] 所述的離心旋轉(zhuǎn)方式為先低速旋轉(zhuǎn)，然后高速旋轉(zhuǎn)。
[0013] 所述的低速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為400rpm，旋轉(zhuǎn)2min ;所述的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為1400rpm， 旋轉(zhuǎn)3min。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的技術(shù)效果是：
[0015] 本發(fā)明的凝固方法操作便捷，利用離心力加壓凝固，分離雜質(zhì)，獲得更質(zhì)密的鎂合 金鑄件，改進(jìn)了傳統(tǒng)制備鎂合金的方法，制備出的鎂合金雜質(zhì)成分降低，組織質(zhì)密，顯微組 織得到了顯著細(xì)化。采用坩堝電阻爐、自制的金屬澆鑄模具用于離心，制作簡單方便，可行 性高，降低能耗，節(jié)約成本。適用于航空航天、電子等行業(yè)的儀器裝備和汽車等交通工具"輕 量化"、"精密化"的零部件制備。
[0016] 本發(fā)明的凝固方法是一種亞快速凝固的方法，亞快速凝固的特點(diǎn)就是采用較高的 冷卻速率，增大了過冷度，從而晶粒組織得到細(xì)化。大量實(shí)驗(yàn)研究證明，鎂合金晶粒組織在 得到充分細(xì)化后，可以顯著地提高鎂合金的室溫力學(xué)性能。亞快速凝固的冷卻速度較大，使 過冷度增大，進(jìn)而對細(xì)化合金凝固組織起到顯著的促進(jìn)作用，使合金成分均勻化、溶質(zhì)的固 溶度增大、且形成了新的亞穩(wěn)定相，鎂合金的力學(xué)性能、加工性和耐蝕性也有了大幅度的提 尚。
【附圖說明】
[0017] 圖1是鎂合金AZ31在顯微鏡下的組織金相圖，其中圖1(a)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的 中心位置，1(b)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的中部位置，1(c)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的邊部位置。
[0018] 圖2是鎂合金ZM6在顯微鏡下的組織金相圖，其中圖2 (a)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的中 心位置，2(b)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的中部位置，2(c)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的邊部位置。
[0019] 圖3是鎂合金ZM6(GB)在顯微鏡下的組織金相圖，其中圖3 (a)為相對于旋轉(zhuǎn)中心 的中心位置，3(b)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的中部位置，3(c)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的邊部位置。
[0020] 圖4是鎂合金AZ91在顯微鏡下的組織金相圖，其中圖4(a)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的 中心位置，4(b)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的中部位置，4(c)為相對于旋轉(zhuǎn)中心的邊部位置。
[0021] 圖5是不同截面形狀的管狀容器對β相濃度的影響，圖5(a)為圓形，圖5(b)為 矩形，圖5(c)為菱形。
[0022] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 遵從上述技術(shù)方案，以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局 限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范 圍。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 實(shí)施例1 :
[0025] 本實(shí)施例給出一種加壓凝固鎂合金的方法，該方法包括以下步驟：
[0026] 步驟一，將鎂合金原料放入坩堝電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為800°C，保溫 20min，然后加入精煉劑（煉鎂領(lǐng)域的常規(guī)精煉劑）進(jìn)行精煉去渣，同時(shí)進(jìn)行攪拌混合均勻， 將熔煉成的鎂合金熔體澆注到密封腔中，待鎂合金原料冷卻后將密封腔密封。
[0027] 密封腔的材質(zhì)采用45號鋼，密封腔為管狀容器，管狀容器水平放置，以管狀容器 的中間位置作為轉(zhuǎn)動中心軸進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，管狀容器的截面為圓狀，所述的管狀容器的型 腔尺寸為Φ 25 X 300mm。
[0028] 步驟二，將鎂合金原料在密封腔中進(jìn)行二次加熱至熔化，熔化溫度800°C，對密封 腔進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，，轉(zhuǎn)速固定為1400rpm，旋轉(zhuǎn)5min后停止離心旋轉(zhuǎn)，待其整體冷卻至室溫 后取出鎂合金鑄樣。
[0029] 鎂合金米用如表1所不的國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)牌號。表1和圖1至圖4中給出了不同 條件下，密封腔的不同位置處的力場和β相的比例，從表1和圖1至圖4中可以看出，隨著 力場的增加，β相的比例也隨之增加。
[0030] 表1不同鎂合金的Α1含量、取樣位置、重力場大小對β相所占比例的影響
[0032] 備注：表1中力場的單位g表示重力加速度，，即離心力場相當(dāng)于多少倍的重力加 速度
[0033] 實(shí)施例2 :
[0034] 本實(shí)施例給出一種加壓凝固鎂合金的方法，該方法其他步驟與實(shí)施例1相同，區(qū) 別僅僅在于管狀容器的截面為不同，本實(shí)施例分別采用了圓狀截面，矩形截面和菱形截面， 對最終所獲得的產(chǎn)品做了 β相濃度分布效果模型，如圖5所示，從圖5中可以看出三個不 同截面形狀的型腔中，截面為圓形的型腔效果最為明顯，但不利于澆鑄和取樣，具體操作較 為困難；截面為菱形的型腔效果較好，在長對角線的兩邊有明顯聚集，具體操作時(shí)為了試驗(yàn) 安全和取樣方便，可將型腔長對角線上的兩個尖角改為短邊，形狀改為兩個等腰梯形底邊 相連拼接成的對稱六邊形；矩形截面的型腔聚集效果較差，便于操作。
[0035] 實(shí)施例3 :
[0036] 本實(shí)施例給出一種加壓凝固鎂合金的方法，該方法其他步驟與實(shí)施例1相同，區(qū) 別僅僅在于離心旋轉(zhuǎn)的方式不同，本實(shí)施例采用了如下離心旋轉(zhuǎn)方式：
[0037] (a)轉(zhuǎn)速 400rpm，旋轉(zhuǎn) δη?η ;
[0038] (b)轉(zhuǎn)速 400rpm 旋轉(zhuǎn) lmin，再以轉(zhuǎn)速 1400rpm 旋轉(zhuǎn) 4min ;
[0039] (c)轉(zhuǎn)速 400rpm 旋轉(zhuǎn) 2min，再以轉(zhuǎn)速 1400rpm 旋轉(zhuǎn) 3min ;
[0040] (d)轉(zhuǎn)速 400rpm 旋轉(zhuǎn) 3min，再以轉(zhuǎn)速 1400rpm 旋轉(zhuǎn) 2min ;
[0041 ] (e)轉(zhuǎn)速 400rpm 旋轉(zhuǎn) 4min，再以轉(zhuǎn)速 1400rpm 旋轉(zhuǎn) lmin ;
[0042] (f)轉(zhuǎn)速 1400rpm，旋轉(zhuǎn) 5min。
[0043] 用同一試樣進(jìn)行上述6種不同旋轉(zhuǎn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，對6種不同方案下獲得和金屬 樣品進(jìn)行組織觀察，對樣品不同區(qū)域拍攝金相照片，利用圖形法計(jì)算每種樣品中相含量，獲 得β相的比例，以數(shù)據(jù)表的形式體現(xiàn)在表2中。對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)例（e)、（f) β相聚集效 果較差，實(shí)例（a)、（b) β相聚集效果一般，實(shí)例（c)和（d) β相聚集效果相對較好，其中實(shí) 例（c)效果最好，β相在型腔邊部位置聚集明顯。所以選擇實(shí)例（c)的方法得到的β相 的濃度分布試驗(yàn)結(jié)果最佳。
[0044] 表2不同方案得到的β相的比例
[0046] 在鎂合金領(lǐng)域，鎂合金鑄件應(yīng)當(dāng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度230Mpa，屈服強(qiáng)度 91Mpa，延伸率6. 5% ;上述實(shí)施例所制備出的鎂合金力學(xué)性能顯著提高，制備出的鎂合金鑄 件，抗拉強(qiáng)度257Mpa，屈服強(qiáng)度107Mpa，延伸率7. 3%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種加壓凝固鎂合金的方法，其特征在于：該方法將鎂合金原料在密封腔中加熱至 熔化，對密封腔進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，冷卻凝固后得到鎂合金鑄樣。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的密封腔的材質(zhì)采用45號鋼。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的密封腔為管狀容器，管狀容器水平放 置，以管狀容器的中間位置作為轉(zhuǎn)動中心軸進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述的管狀容器的截面為圓狀或兩個等腰 梯形底邊相連拼接成的對稱六邊形。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述的管狀容器的截面為圓狀時(shí)的型腔尺 寸為Φ25Χ300_。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的離心旋轉(zhuǎn)方式為先低速旋轉(zhuǎn)，然后高 速旋轉(zhuǎn)。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述的低速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為400rpm，旋轉(zhuǎn) 2min;所述的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為1400rpm，旋轉(zhuǎn)3min。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種加壓凝固鎂合金的方法，該方法將鎂合金原料在密封腔中加熱至熔化，對密封腔進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)，冷卻凝固后得到鎂合金鑄樣。管狀容器的截面為圓狀或兩個等腰梯形底邊相連拼接成的對稱六邊形。離心旋轉(zhuǎn)方式為先低速旋轉(zhuǎn)，然后高速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的凝固方法操作便捷，利用離心力加壓凝固，分離雜質(zhì)，獲得更質(zhì)密的鎂合金鑄件，改進(jìn)了傳統(tǒng)制備鎂合金的方法，制備出的鎂合金雜質(zhì)成分降低，組織質(zhì)密，顯微組織得到了顯著細(xì)化。采用坩堝電阻爐、自制的金屬澆鑄模具用于離心，制作簡單方便，可行性高，降低能耗，節(jié)約成本。適用于航空航天、電子等行業(yè)的儀器裝備和汽車等交通工具“輕量化”、“精密化”的零部件制備。
【IPC分類】B22D27/08
【公開號】CN105328170
【申請?zhí)枴緾N201510761070
【發(fā)明人】馬幼平, 楊蕾, 邵煜波, 鄒龍龍
【申請人】西安建筑科技大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月10日