專利名稱：Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體是一種Mg-Zn-Zr高強高 阻尼變形鎂合金制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金質(zhì)量輕(其密度一般小于1.8X103kg/m3)、儲量大、比強度高、彈性 模量低，在同樣的受力條件下可消耗更大的變形功，具有優(yōu)異的減振性能，還具 有優(yōu)良的機械加工性能和電磁干擾屏蔽性能等。研制兼具高阻尼、高比強度的鎂 基功能結(jié)構(gòu)一體化材料是目前阻尼材料發(fā)展的一個重要方向。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，劉廣等在《材料導(dǎo)報》(2006年11月第20 巻專輯W)上發(fā)表的《高阻尼鎂鋯合金的研究進展與展望》 一文中提出在眾多 的高阻尼鎂合金中，Mg-Zr合金兼具高阻尼、高力學(xué)性能的特點而得到更為廣泛 的關(guān)注，同時通過在Mg-Zr合金中加入0. 1-0. 4%Zn之后其力學(xué)性能有了一定提 高，。b二177-182MPa， o 。.2=66-72MPa，延伸率為6%—8. 3%。雖然加Zn之后， Mg-Zn-Zr合金仍然具有較高的阻尼性能，但是鑄態(tài)下Mg-Zn-Zr合金的力學(xué)性能 相對于其它合金來說仍然較低(未達到200MPa以上)，其強度不能滿足實際應(yīng)用 的需求，從而限制了此合金的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)技術(shù)的不足，提供一種Mg-Zn-Zr高強高阻尼變形鎂 合金制備方法，使其通過塑性變形工藝和退火熱處理工藝獲得力學(xué)和阻尼性能均 較好的合金，滿足實際需求。本發(fā)明首先通過在合金中添加0. l-l%Zn元素提高 其力學(xué)性能，然后擠壓變形，擠壓后再通過熱處理工藝，以較小的力學(xué)性能損失 來獲得阻尼性能的回復(fù)，以此獲得高強度高阻尼的輕質(zhì)鎂合金材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金組 分及重量百分含量為0. 1—l%Zn， 0. 1—0. 6%Zr，雜質(zhì)元素Fe〈0. 005%， Cu〈0. 015%，
Ni<0. 002%,其余為Mg，該Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備具體包括以下步驟
(1) 按照Mg-Zn-Zr變形鎂合金組分計算需要的原料重量，原料采用工業(yè)純 鎂錠、工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金。
所述鎂錠，其鎂含量的質(zhì)量分數(shù)大于99. 9%。 所述Mg-Zr中間合金，其重量成分為Mg7(m， Zr 30%。
(2) 合金的熔煉工藝如下按照步驟(1)中計算出的原料重量，將工業(yè)純 鎂在氣體保護下加熱，待工業(yè)純鎂完全熔化后，加入工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金。 待合金完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻。保溫后加精煉劑進行精煉，精煉 完畢再次保溫，然后進行澆鑄。
所述氣體保護，采用的氣體是氮氣和六氟化硫混合氣體，六氟化硫所占體積 分數(shù)為0.2%。
所述加入工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金，是指在680。C加入工業(yè)純Zn，在 76(TC加入Mg-Zr中間合金。
所述保溫，其時間為IO分鐘。 所述精煉，其時間為5分鐘。
所述精煉劑，采用現(xiàn)有技術(shù)，比如國家標準2號溶劑等。 所述再次保溫，其時間為30分鐘。 所述澆鑄，其溫度為700'C。
(3) 將澆鑄好的鑄錠進行均勻化處理，在擠壓機上進行塑性變形，擠壓后 將擠壓錠放在熱處理爐中進行退火熱處理。
所述均勻化處理，其工藝參數(shù)為溫度300'C，時間4小時。 所述擠壓，其工藝參數(shù)為擠壓溫度250°C-450°C，擠壓比為6—25，擠壓 速度恒定。
所述退火熱處理，其工藝參數(shù)為退火溫度300°C-450°C，退火時間1-10 小時。
本發(fā)明中，Zn的加入可以提高合金的力學(xué)性能，Zr的加入有晶粒細化的作 用。將澆鑄后的Mg-Zn-Zr合金進行300°C X4h的均勻化處理之后，在300°C_400 'C進行擠壓塑性變形，細化晶粒，提高合金強度，但同時合金的阻尼性能卻損失
較大。擠壓后將合金進行退火熱處理，晶粒長大，位錯纏結(jié)打開，合金阻尼性能 得以提升，同時合金的力學(xué)性能有所下降，但與鑄態(tài)時相比，足以滿足實際應(yīng)用 需求。
與現(xiàn)有阻尼鎂合金相比，合金經(jīng)過擠壓之后其力學(xué)性能有了明顯提高，抗拉 強度由173Mpa增加到255Mpa，延伸率由25%降到22%;阻尼性能由tanO=0. 14 降至0. 05。經(jīng)過退火熱處理較大程度提高了合金阻尼性能tan①由0. 05上升至 0.07;合金抗拉強度由255Mpa減少至245Mpa,延伸率由22%降至20%。本發(fā)明 工藝簡單，成本相對較低，通過合金的擠壓變形，及擠壓后的退火熱處理，較大 程度提高了阻尼鎂合金的力學(xué)性能，解決了阻尼鎂合金由于力學(xué)性能較差而限制 其應(yīng)用前景的問題。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下
進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。
實例1:
合金成分(重量百分含量)為0.4%Zn、 0.6%Zr、雜質(zhì)元素小于0. 02%，其 余為Mg。合金的熔煉工藝為按照上述成分配置合金，在電阻鉗鍋爐中加入工 業(yè)純鎂2375g，同時采用N2+0.2。/。SF6混合氣體保護，待鎂完全熔化后，在680°C 加入工業(yè)純Znll.6g，在760。C加入Mg-Zr中間合金125g，待合金完全熔化后進 行攪拌，使合金成分均勻。保溫10分鐘后加精煉劑進行精煉，5分鐘后精煉完 畢，保溫30分鐘，在70(TC左右進行澆鑄。合金的擠壓工藝為鑄錠在30(TC進 行4小時的均勻化處理，然后進行擠壓。模具溫度為30(TC，擠壓比為9.25，擠 壓溫度為25(TC。合金擠壓后退火工藝為30(TC下進行10小時的退火熱處理。 合金鑄態(tài)的抗拉強度為173Mpa，延伸率為20%;在頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2°/0， 鑄態(tài)時的阻尼性能(以損耗正切表示)tan①二0. 13。擠壓塑性變形之后，室溫下 抗拉強度為265Mpa，延伸率為15%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金 的阻尼性能(以損耗正切表示)tancD二O. 035。退火熱處理后合金在室溫下的抗拉 強度為250Mpa，延伸率為17%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻
尼性能(以損耗正切表示)tan①二0. 045。 實例2:
采用實例1中的熔煉工藝制備的合金成分(重量百分含量)為l%Zn、0. l%Zr、 雜質(zhì)元素小于0.02%，其余為Mg。擠壓工藝為鑄錠在30(TC進行4小時的均勻 化處理，然后進行擠壓。模具溫度為300°C，擠壓比為6，改變擠壓溫度為350 °C。合金擠壓后退火工藝為40(TC下進行1小時的退火熱處理。合金鑄態(tài)的抗 拉強度為180Mpa，延伸率為15%;在頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，鑄態(tài)時的阻 尼性能(以損耗正切表示)tanO二O.lO。擠壓塑性變形之后，室溫下抗拉強度為 250Mpa，延伸率為23%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻尼性能 (以損耗正切表示)tanO二0.03。退火熱處理后合金在室溫下的抗拉強度為 246Mpa，延伸率為20%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻尼性能 (以損耗正切表示)tan①=0. 042。
實例3:
采用實例1中的熔煉工藝制備的合金成分(重量百分含量)為0.1%Zn、 0.6%Zr、雜質(zhì)元素小于0.02%，其余為Mg。擠壓工藝為鑄錠在300'C進行4小 時的均勻化處理，然后進行擠壓。模具溫度為30(TC，擠壓比為9.25，改變擠壓 溫度為410°C。合金擠壓后退火工藝為325'C下進行8小時的退火熱處理。合 金鑄態(tài)的抗拉強度為160Mpa，延伸率為25%;在頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%， 鑄態(tài)時的阻尼性能(以損耗正切表示)tan①^0. 14。擠壓塑性變形之后，室溫下 抗拉強度為244Mpa，延伸率為24%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金 的阻尼性能(以損耗正切表示)tan①二0. 042。退火熱處理后合金在室溫下的抗拉 強度為240Mpa，延伸率為23%;頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻 尼性能(以損耗正切表示)tan。 =0. 055。
實例4:
采用實例1中的熔煉工藝制備的合金成分(重量百分含量)為0.3%Zn、 0.5%Zr、雜質(zhì)元素小于0.02%，其余為Mg。擠壓工藝為鑄錠在300'C進行4小 時的均勻化處理，然后進行擠壓。模具溫度為40(TC，擠壓比為25，擠壓溫度為 450°C。合金擠壓后退火工藝為325"C下進行8小時的退火熱處理。合金鑄態(tài)的
抗拉強度為172Mpa，延伸率為23%;在頻率為5Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，鑄態(tài)時的 阻尼性能(以損耗正切表示)tan0^0.13。擠壓塑性變形之后，室溫下抗拉強度 為250Mpa，延伸率為19%;頻率為1Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻尼性 能(以損耗正切表示)tanO =0.040。退火熱處理后合金在室溫下的抗拉強度為 243Mpa，延伸率為14%;頻率為1Hz，應(yīng)變振幅為0. 2%，擠壓后合金的阻尼性能 (以損耗正切表示)tanO =0. 050。
權(quán)利要求
1、 一種Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征在于所述的Mg-Zn-Zr變 形鎂合金的組分及重量百分含量為O. l-l%Zn，0. 1-0. 6。/。Zr，雜質(zhì)元素Fe〈0. 005%, Cu〈0.015%， Ni〈0.002%，其余為Mg，制備具體包括以下步驟(1) 按照Mg-Zn-Zr變形鎂合金組分計算需要原料的重量，原料采用鎂錠、 工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金；(2) 合金的熔煉工藝按照步驟(1)中計算出的原料重量，將工業(yè)純鎂在 氣體保護下加熱，待鎂完全熔化后，加入工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金，待合金完 全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻，保溫后加精煉劑進行精煉，精煉完畢再次 保溫，然后進行澆鑄；(3) 將澆鑄好的鑄錠進行均勻化處理，在擠壓機上進行塑性變形，擠壓后 將擠壓錠放在熱處理爐中進行退火熱處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 均勻化處理，其工藝參數(shù)為溫度30(TC，時間4小時。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 擠壓，其工藝參數(shù)為擠壓溫度25(TC-450°C，擠壓比為6—25，擠壓速度恒定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 退火熱處理，其工藝參數(shù)為退火溫度30(TC-400°C，退火時間1-10小時。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 氣體保護，采用的氣體是氮氣和六氟化硫混合氣體，其中六氟化硫所占體積分數(shù) 為0.2%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 加入工業(yè)純Zn、 Mg-Zr中間合金，是指在680。C加入工業(yè)純Zn，在760。C加入 Mg-Zr中間合金。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 保溫，其時間為10分鐘；所述精煉，其時間為5分鐘。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 再次保溫，其時間為30分鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所述 澆鑄，其溫度為700'C。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，其特征是，所 述鎂錠，其鎂含量的質(zhì)量分數(shù)大于99. 9%;所述Mg-Zr中間合金，其重量成分為 Mg70%， Zr30%。
全文摘要
一種鎂合金技術(shù)領(lǐng)域的Mg-Zn-Zr變形鎂合金制備方法，所述的Mg-Zn-Zr變形鎂合金的組分及重量百分含量為0.1-1％Zn，0.1-0.6％Zr，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為Mg，步驟為按Mg-Zn-Zr變形鎂合金組分準備原料，將工業(yè)純鎂在氣體的保護下加熱，待鎂完全熔化后，加入工業(yè)純Zn、Mg-Zr中間合金，待合金完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻，保溫后加精煉劑進行精煉，精煉完畢再次保溫，然后進行澆鑄，將澆鑄好的鑄錠進行均勻化處理，在擠壓機上進行塑性變形，擠壓后將擠壓錠放在熱處理爐中進行退火熱處理。本發(fā)明工藝簡單，成本相對較低，同時解決了合金由于阻尼性能高但力學(xué)性能低而限制其應(yīng)用前景的難題。
文檔編號C22F1/06GK101121979SQ200710046148
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者彭立明, 林 杜, 章禎彥, 嵐 馬 申請人:上海交通大學(xué)