專利名稱：一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，屬有色金屬鎂合金制備及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是最輕的金屬材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻 尼減振、電磁屏蔽、易于加工成型、廢料容易回收等優(yōu)點，在汽車、電子通信、航空航 天和國防軍事等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
鎂合金也有其性能上的缺點，如結(jié)晶溫度間隔寬，容易形成凝固收縮分布在鑄件斷面，使合金強(qiáng)度和韌性降低，鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率低，較低的電極電位使耐蝕性變差，使鎂合金的應(yīng)用受到很大限制。'
目前，鎂合金已開發(fā)了 Mg-Al、 Mg-Zn、 Mg-RE、 Mg-Mn等多種系列，其中Mg-Al系列鎂合金因具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性、鑄造性和低廉的成本應(yīng)用最廣。為了提高鎂合金的強(qiáng)度、韌性、塑性和抗腐蝕性能，常采用添加合金化元素鋁、錳、鋅、鈣、銀、釷和稀土等來生成增強(qiáng)相，對鎂合金形成沉淀強(qiáng)化，以提高鎂合金的力學(xué)性能，這些元素中，Al是Mg合金中最有效合金化元素，Al在Mg中可產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化，隨著鋁含量的增加，Mg-Al系鎂合金液相線溫度會降低，結(jié)晶溫度范圍會變窄，合金液^動性提高，熱烈傾向減小，利于在較低溫度下熔煉澆鑄，減少鎂合金在熔煉過程中鎂的燃燒與揮發(fā)，Al與其他合金化元素相比，資源豐富、價格低廉，密度小，Al合金化帶來的合金增重小，Al含量增加還可使鎂合金抗腐蝕性能提高。鎂鋁合金的Al量增高，硬脆化合物P-MgnAh2相就越多，合金強(qiáng)度、變形抗力就越高，A1含量》8Y。后，塑性下降，鎂合金含鋁量一般控制在《10%。
為了利用鋁元素的優(yōu)點，克服鋁元素的缺陷，有的采用壓鑄法、熱軋法、鍛壓法來 提高鎂鋁合金的力學(xué)性能，但收效甚低，仍不能大幅度提高鎂鋁合金的強(qiáng)度、韌性、抗 腐蝕性，使鎂鋁合金在工業(yè)上的應(yīng)用受到了很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對背景技術(shù)的不足，在普通鎂合金的基礎(chǔ)上，將鋁含量提高到 15%，以增加組織中P-MgnAh2相含量，在混合氣體保護(hù)下烙煉鎂合金錠，采用L型等 通道擠壓技術(shù)，對鎂合金錠進(jìn)行八道次擠壓，細(xì)化組織，改善P相形態(tài)、分布以及與基 體相間的取向關(guān)系，以達(dá)到大幅度提高鎂合金的強(qiáng)度、韌性、塑性、抗腐蝕能力。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料如下以克、毫升、厘米3為計量單位鎂Mg478g±lg固態(tài)塊體鋁Al90g±lg固態(tài)塊體鋅Zn12g±0.05g固態(tài)塊體鎂釹中間合金MgNd20g±0.05g固態(tài)塊體氧化鋅ZnO200g±lg固態(tài)粉體去離子水H20800ml±5ml液態(tài)液體六氟化硫SF640cm3±0.05cm3氣態(tài)氣體二氧化碳C0210000cm3±5cm3氣態(tài)氣體丙酮CH3COCH3500ml±5ml液態(tài)液體凡士林C28H530.4g士0扁lg液態(tài)糊狀石墨C1.6g士0.0001g固態(tài)粉體制備方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料 對制備所需的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行純度含量控制-鎂Mg 99.8% 鋁Al 99.9% 鋅Zn 99.8%鎂釹中間合金MgNd Nd含量為30y。，鎂含量為70%氧化鋅ZnO 99.8% 去離子水H20 99.9%
六氟化硫SF6 99.5% 二氧化碳C02 99.5% 丙酮CH3COCH3 99.9% 凡士林C28H53 99.4% 石墨C 99.8%(2) 預(yù)切制固態(tài)塊體材料對制備使用的固態(tài)塊體材料鎂、鋁、鋅、鎂釹中間合金要進(jìn)行預(yù)切制，鎂、鋁塊體 尺寸為20x20xl00mm，鋅、鎂釹中間合金塊體尺寸為5x5x10mm;(3) 預(yù)制澆鑄模具對熔煉、澆鑄所需的成型模具要進(jìn)行預(yù)制，模具形狀為開合式，模體為不銹鋼，模 腔為4個，模具外形尺寸為300x卯x200mm;(4) 熔煉鎂合金① 熔煉鎂合金是在井式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉爐為立式結(jié)構(gòu)，主要由爐體、 爐蓋、爐腔、接線座、熱電偶、進(jìn)氣管、排氣孔、坩鍋、電控箱組成；② 清理熔煉爐打開熔煉爐，用真空泵抽吸爐腔內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時間為5minilmin;③ 清理、清潔熔煉坩鍋用金屬鏟、金屬刷清除坩鍋內(nèi)殘留物，使坩鍋內(nèi)清潔； 用真空泵抽吸坩鍋內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時間為2minilmin; 刷涂熔煉坩鍋配制涂料將氧化鋅200gilg、去離子水800ml士5ml，置于容器中，用攪拌棒攪 拌，使其混合成粘稠糊狀，用毛刷均勻涂抹于坩鍋內(nèi)壁上，涂層厚度為lmm±0.1mm， 然后在烘烤箱中烘干，烘烤溫度200'C士5'C，烘干時間20mini5min;⑤ 預(yù)熱鎂塊、鋁塊、鋅塊、鎂釹中間合金塊將鎂塊478gilg、鋁塊卯g士lg、鋅塊12g士0.05g、鎂釹中間合金塊20gi0.05g置于 專用容器中，然后置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200°C±5'C，預(yù)熱時間20mini2min;⑥ 熔煉將熔煉坩堝放入電阻熔煉爐，開啟電控箱，加熱升溫，溫度由20'C士3'C升溫至 400'C士10'C，將預(yù)熱的鎂塊、鋁塊、鋅塊放入坩堝內(nèi)，蓋好爐蓋，繼續(xù)升溫，升溫速度
為12 14°C/min，升溫至720。CilO。C后，保溫15 20min，再升溫至780°C±10°C，力口 入鎂釹中間合金塊20g士0.05g，通入混合保護(hù)氣體，通入速度為100cm3/min,保溫20 25min，然后降溫至740'C±10°C，進(jìn)行精煉，恒溫、保溫靜置30mini5min,獲得鎂鋁鋅 釹合金熔液，然后降溫至680'C 700'C，熔液準(zhǔn)備出爐澆鑄；混合保護(hù)氣體組成體積比為SF6: C02:空氣=0.2: 50: 49.8;(5) 澆鑄合金錠 在烘烤箱中預(yù)熱開合式澆鑄模具，預(yù)熱溫度為200'Ci5'C;用專用工具扒去坩鍋內(nèi)鎂鋁鋅釹合金熔液上的浮渣；將盛有鎂鋁鋅釹合金熔液的坩鍋，對準(zhǔn)澆鑄模具的澆鑄口濾網(wǎng)，進(jìn)行澆鑄，當(dāng)模具腔內(nèi)注滿合金熔液時，停止?jié)茶T；(6) 冷卻、脫模澆鑄完成后，將模具及合金熔液一起置于自然空氣環(huán)境中進(jìn)行冷卻，冷卻至400。C土5。C;打開模具，取出合金錠，合金錠在自然空氣中冷卻至2(TC士3'C;(7) 切割成型對澆鑄脫模冷卻后的合金錠進(jìn)行切割，成10xlOx50mm的矩形鎂合金錠6支，表面 粗糙度Ra0.63 1.25nm;(8) L形等通道擠壓成型① 清洗擠壓模具通道丙酮100ml±5ml,注入灌洗三次；② 在鎂合金錠表面、方形端面擠壓棒和斜角端面擠壓棒表面涂覆凡士林 0.05g士0.0001g，并粘附石墨粉0.2g土0.0001g;③ 將等通道擠壓模具加熱至300'C士1(TC;④ 將鎂合金錠和方形端面擠壓棒垂直放入等通道模具中，預(yù)熱、靜置 15minilmin，使鎂合金錠和擠壓模具達(dá)到熱平衡；然后以0.04mm/s的速度進(jìn)行擠壓， 直到方形端面擠壓棒距離等通道模具底部為lOmm，退出方形端面擠壓棒；再用斜角端 面擠壓棒垂直放入通道內(nèi)繼續(xù)擠壓，擠壓速度為0.04mm/s，直到斜角端面擠壓棒接觸 到等通道模具底部，鎂合金錠由模具水平通道出口排出，整個擠壓過程要保證鎂合金錠 溫度始終保持在300'C±10'C; 鎂合金錠同方向旋轉(zhuǎn)90。角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次；⑥將溫度降低到280'C士10'C,按上述旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)卯。角4次，重復(fù)等通道 擠壓4道次；(9) 切制成型對8道次等通道擠壓后的鎂合金錠進(jìn)行切制成型，尺寸為10xl0x50mm,表面粗 糙度Ra0.32 0.64pm;(10) 測試、分析、表征① 用電子萬能試驗機(jī)測定鎂合金錠抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率；② 用金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡分析鎂合金錠金相組織；③ 用合金元素光譜分析儀分析鎂合金錠化學(xué)成分；(11) 儲存包裝對制備成型的鎂合金錠要用軟質(zhì)材料包裝，要防水、防潮、防氧化、防酸鹽侵蝕, 儲存溫度20'C士3'C，相對濕度《20%。所述的高強(qiáng)度鎂合金的熔煉，是以鎂為原料、以鋁、鋅、釹為添加元素，以SF6、 C02和干燥空氣組成的混合氣體為保護(hù)氣體，其鎂、鋁、鋅、釹的質(zhì)量比為鎂鋁 鋅釹=82:15:2:1。所述的高強(qiáng)度鎂合金使用的化學(xué)物質(zhì)鎂、鋁、鋅、釹量值范圍為Mg77 90%、 A110 33%、 Zn0.5 4%、 Nd0.01 3%。所述的高強(qiáng)度鎂合金的熔煉是在電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉溫度由2(TC士3'C升溫 至400。C士10。C，升溫速度為12 14°C/min，繼續(xù)升溫，升溫至720。C士10。C后，保溫15 20min，再升溫至780。C士1(TC，加入鎂釹中間合金，通入混合保護(hù)氣體，保溫20 25min, 然后降溫至740'CilO'C，進(jìn)行精煉，保溫靜置30min±5min，獲得鎂鋁鋅釹合金熔液， 降溫至680'C 700'C出爐，澆注成錠。所述的高強(qiáng)度鎂合金的等通道擠壓是在中高溫、中溫加熱狀態(tài)下進(jìn)行的，中高溫加 熱溫度為300'C士10'C，同方向旋轉(zhuǎn)卯。角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次；中溫加熱溫 度為280'C士10'C，同方向旋轉(zhuǎn)卯°角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次。 有益效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，它是以鎂、鋁、鋅、鎂釹中間合金為原 料，在井式電阻熔煉爐中，在0.2%SF6+ 50%CO2+ 49.8%空氣混合氣體保護(hù)下，經(jīng) 720'CilO。C熔化、保溫15 20min，再升溫至780°C±10。C,加入鎂釹中間合金，保溫 20 25min，降溫至740°C±10'C，進(jìn)行精煉，保溫靜置30min±5min，獲得鎂鋁鋅釹合金 熔液，經(jīng)澆鑄、冷卻，切割成10xl0x50mm矩形鎂合金錠，經(jīng)中高溫等通道4道次轉(zhuǎn)角 擠壓、中溫等通道4道次轉(zhuǎn)角擠壓、冷卻，制成高強(qiáng)度鎂合金錠，此鎂合金錠原料配比 為鎂鋁鋅釹=82:15:2:1，鋁的成分已占到鎂合金錠的15%，由于鋁材料來源豐富， 價格低廉，故為經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)度鎂合金，此鎂合金錠中添加了稀土元素——釹，有效的改 變了鎂合金錠的組織和力學(xué)性能，等通道轉(zhuǎn)角擠壓有效的細(xì)化了鎂合金的晶粒，改變了 沉淀相P的取向及形態(tài)，此制備方法工藝嚴(yán)密，操作容易，工藝流程短，效率高，環(huán)境 污染小，制備的鎂鋁合金，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、韌性均比鑄態(tài)鎂合金有很大提高， 其抗拉強(qiáng)度可提高147.4%,屈服強(qiáng)度可提髙210.6%,延伸率可提高448.3%，金相組織 致密均勻，平均晶粒尺寸《2拜，是十分理想的經(jīng)濟(jì)型、高強(qiáng)度鎂合金及制備方法。


圖1為制備工藝流程2為熔煉爐熔煉鎂合金狀態(tài)3為熔煉溫度與時間坐標(biāo)關(guān)系4為澆鑄模具結(jié)構(gòu)5為L型等通道擠壓模具擠壓狀態(tài)6為圖5的K向視7為方形端面擠壓棒主視8為圖7的M-M剖面9為斜角端面擠壓棒主視10為圖9的N-N剖面11為熔煉澆注鎂合金錠橫截面金相12為等通道轉(zhuǎn)角擠壓8道次鎂合金錠金相13為鎂合金錠8道次擠壓前后力學(xué)性能比較表
圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下1、爐體，2、爐座，3、爐蓋，4、密封蓋，5開合架，6、電阻絲，7、坩堝座， 8、坩堝，9、爐腔，10、出氣孔，11、進(jìn)氣管，12、混合氣體瓶，13、干燥空氣瓶， 14、電控箱，15、顯示屏，16、指示燈，17、提手，18、熱電偶，19、導(dǎo)線，20、 導(dǎo)線，21、操縱開關(guān)，22、模座，23、定位座，24、模具架，25、模套，26、模芯， 27、緊固螺栓，28、緊固螺栓，29、模芯墊，30、水平通道，31、垂直通道，32、 產(chǎn)物出口， 33、產(chǎn)物出口， 34、方形端面擠壓棒，35、斜角端面擠壓棒，36、彎部， 37、澆注模具，38、澆鑄口， 39、濾網(wǎng)，40、鑄型型腔，41、鑄型型腔，42、鑄型 內(nèi)澆道，43、鑄型直澆道，44、鎂合金錠，45、混合保護(hù)氣體，46、鎂鋁鋅釹熔液。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖1所示，為制備工藝流程圖，要嚴(yán)格按制備工藝進(jìn)行，按序操作。制備所需的化學(xué)物質(zhì)材料組合配比是按預(yù)先設(shè)置的量值計算而確定的，以克、毫升、 厘米3為計量單位，當(dāng)工業(yè)化制取時以千克、升、米3為單位。制備所需的鎂、鋁、鋅、釹質(zhì)量比=82:15:2:1，鋁元素占到了 15%,由于鋁資源豐 富、價格低廉，密度小，鋁合金化帶來的合金增重的負(fù)面影響較輕，而且和鎂同屬有色 金屬，且熔點接近，容易進(jìn)行化學(xué)匹配熔煉在一起，鋁元素的增量使用，可大幅度降低 鎂合金的制備成本，降低了鎂合金的價格，故為經(jīng)濟(jì)型鎂合金。高強(qiáng)度鎂合金使用的化學(xué)物質(zhì)鎂、鋁、鋅、釹的質(zhì)量百分比WtW范圍為Mg: 77 90%、 Al: 10 33%、 Zn: 0.5 4%、 Nd: 0.01 3%，可視需要進(jìn)行選擇和調(diào)整。為了提高鎂合金的力學(xué)性能，可調(diào)整較經(jīng)濟(jì)的鋁元素的配比量，可在15 33%的范 圍內(nèi)進(jìn)行添加，鎂、鋅、釹中間合金也要相應(yīng)做配比調(diào)整，以適應(yīng)各種用途的需要。鎂合金使用的稀土元素——釹可細(xì)化鎂合金晶粒，并形成鎂稀土新相，對鎂合金有 細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，以改變鎂合金的金相組織和力學(xué)性能。L型等通道轉(zhuǎn)角擠壓可細(xì)化組織，改善(3相形態(tài)、分布以及與基體相間的取向關(guān)系， 可以有效改善和提高鎂合金的塑性和強(qiáng)度。鎂合金的熔煉是在井式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，要嚴(yán)格控制熔煉溫度，注意控制恒溫 保溫、靜置時間。
鎂合金錠的澆鑄是在專用模具中進(jìn)行的，澆鑄模具可視需要設(shè)置3支、4支及6支， 模體為不銹鋼材料，其內(nèi)部澆鑄濾網(wǎng)可用氧化鋯或剛玉材料制作。 澆鑄后的鎂合金錠要進(jìn)行切割成型，以利于等通道擠壓。
鎂合金錠的等通道擠壓成型分二階段，各為4道次共8道次進(jìn)行，先進(jìn)行中高溫擠 壓，在30(TCil0'C溫度下，按方形端面擠壓棒、斜角端面擠壓棒順序擠壓，要同方向 旋轉(zhuǎn)90°角4次，重復(fù)進(jìn)行4道次擠壓，然后用中溫擠壓，在280。C士10'C狀態(tài)下，同 方向旋轉(zhuǎn)90°角4次，重復(fù)擠壓4道次，經(jīng)8道次擠壓所得合金錠即為最終產(chǎn)品，擠壓 道次也可視需要進(jìn)行12道次、16道次等。
圖2所示，為井式電阻熔煉爐熔煉鎂合金狀態(tài)圖，爐體1的下部為爐座2，上部為 爐蓋3,爐體1與爐蓋3由開合架5連接，爐體1的內(nèi)部為爐腔9，爐腔9的底部中間 為坩鍋座7，坩鍋座7上為坩鍋8、提手17，爐蓋3下部為圓錐形耐火材料制作的密封 蓋4,在爐蓋3、密封蓋4上設(shè)有熱電偶18、出氣孔IO、進(jìn)氣管ll，進(jìn)氣管ll聯(lián)接混 合氣體氣瓶12、干燥空氣瓶13，爐體1內(nèi)壁為電阻絲6，通過導(dǎo)線19連接電控箱14, 爐蓋上的熱電偶18通過導(dǎo)線20連接電控箱14,電控箱14上設(shè)有顯示屏15、指示燈16、 操縱開關(guān)21,爐腔9內(nèi)為混合保護(hù)氣體45,坩堝8內(nèi)為鎂鋁鋅釹熔液46。
圖3所示，為熔煉溫度與時間坐標(biāo)關(guān)系圖，縱坐標(biāo)為溫度'C值，橫坐標(biāo)為時間min， 井式熔煉爐溫度由20'CA點升至720'C土1(TC，恒溫、保溫15-20min,即BC區(qū)段，再 升溫至780t:士l(rC，加入鎂釹中間合金，恒溫、保溫20-25min,即DE區(qū)段，降溫至 740°C±10'C，進(jìn)行精煉，保溫靜置30mini5min,即FG區(qū)段，然后降溫至6卯'C士10'C, 即H點，即澆鑄溫度，然后降溫冷卻至20'C，即I點。
圖4所示，為山字形澆鑄模具結(jié)構(gòu)圖，澆鑄模具37中間上部為澆鑄口38、濾網(wǎng)39、 直澆道43，下部為內(nèi)澆道42，左內(nèi)部為鑄型型腔40，右內(nèi)部為鑄型型腔41，直澆道 43、鑄型型腔41、 40、內(nèi)澆道42互為聯(lián)通。
圖5、 6、 7、 8、 9、 IO所示，為等通道擠壓模具擠壓狀態(tài)及擠壓棒結(jié)構(gòu)圖，下部為 模座22，模座22上部為定位座23、模芯墊29、模套25、模套25內(nèi)為模芯26,模芯 26內(nèi)為垂直通道31、水平通道30，并連接產(chǎn)物出口32、 33，垂直通道31內(nèi)為方形端 面擠壓棒34、斜角端面擠壓棒35，擠壓棒34、 35上部連接模具架24，垂直中心線為0 一0，水平中心線為Ot—On鎂合金錠44由垂直通道31進(jìn)入，由水平通道30、產(chǎn)物 出口 32、 33擠出。
圖11所示，為熔煉澆注鎂合金錠橫切面金相圖，圖中可知金相組織由白色大塊 狀a-Mg+灰色網(wǎng)狀(a+p (Mg17Al12) }共晶組織+分布于晶內(nèi)和a-Mg晶界邊緣的Mg12Nd 及|3 (Mg17Al12)相組成，標(biāo)尺單位為50拜。圖12所示，為鎂合金錠經(jīng)等通道擠壓后金相圖，圖中可知金相組織由彌散狀的 a-Mg+p (Mg17Al12) +1^1^(1組成，晶粒細(xì)小、均勻，標(biāo)尺單位為50nm。圖13所示，為鎂合金錠8道次擠壓前后抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率比較表，表 中可知鎂合金錠擠壓后比擠壓前抗拉強(qiáng)度可提高147.4%，屈服強(qiáng)度可提高210.6%， 延伸率可提高448.3%。
權(quán)利要求
1、一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料如下以克、毫升、厘米3為計量單位鎂Mg478g±1g固態(tài)塊體鋁Al90g±1g 固態(tài)塊體鋅Zn12g±0.05g 固態(tài)塊體鎂釹中間合金MgNd20g±0.05g 固態(tài)塊體氧化鋅ZnO 200g±1g固態(tài)粉體去離子水H2O 800ml±5ml 液態(tài)液體六氟化硫SF6 40cm3±0.05cm3 氣態(tài)氣體二氧化碳CO2 10000cm3±5cm3 氣態(tài)氣體丙酮CH3COCH3500ml±5ml 液態(tài)液體凡士林C28H530.4g±0.0001g 液態(tài)糊狀石墨C 1.6g±0.0001g 固態(tài)粉體制備方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料對制備所需的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行純度含量控制鎂Mg 99.8％鋁Al 99.9％鋅Zn 99.8％鎂釹中間合金MgNd Nd含量為30％，鎂含量為70％氧化鋅ZnO 99.8％去離子水H2O 99.9％六氟化硫SF6 99.5％二氧化碳CO2 99.5％丙酮；CH3COCH3 99.9％凡士林C28H53 99.4％石墨C 99.8％(2)預(yù)切制固態(tài)塊體材料對制備使用的固態(tài)塊體材料鎂、鋁、鋅、鎂釹中間合金要進(jìn)行預(yù)切制，鎂、鋁塊體尺寸為20×20×100mm，鋅、鎂釹中間合金塊體尺寸為5×5×10mm；(3)預(yù)制澆鑄模具對熔煉、澆鑄所需的成型模具要進(jìn)行預(yù)制，模具形狀為開合式，模體為不銹鋼，模腔為4個，模具外形尺寸為300×90×200mm；(4)熔煉鎂合金①熔煉鎂合金是在井式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉爐為立式結(jié)構(gòu)，主要由爐體、爐蓋、爐腔、接線座、熱電偶、進(jìn)氣管、排氣孔、坩鍋、電控箱組成；②清理熔煉爐打開熔煉爐，用真空泵抽吸爐腔內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時間為5min±1min；③清理、清潔熔煉坩鍋用金屬鏟、金屬刷清除坩鍋內(nèi)殘留物，使坩鍋內(nèi)清潔；用真空泵抽吸坩鍋內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時間為2min±1min；④刷涂熔煉坩鍋配制涂料將氧化鋅200g±1g、去離子水800ml±5ml，置于容器中，用攪拌棒攪拌，使其混合成粘稠糊狀，用毛刷均勻涂抹于坩鍋內(nèi)壁上，涂層厚度為1mm±0.1mm，然后在烘烤箱中烘干，烘烤溫度200℃±5℃，烘干時間20min±5min；⑤預(yù)熱鎂塊、鋁塊、鋅塊、鎂釹中間合金塊將鎂塊478g±1g、鋁塊90g±1g、鋅塊12g±0.05g、鎂釹中間合金塊20g±0.05g置于專用容器中，然后置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200℃±5℃，預(yù)熱時間20min±2min；⑥熔煉將熔煉坩堝放入電阻熔煉爐，開啟電控箱，加熱升溫，溫度由20℃±3℃升溫至400℃±10℃，將預(yù)熱的鎂塊、鋁塊、鋅塊放入坩堝內(nèi)，蓋好爐蓋，繼續(xù)升溫，升溫速度為12～14℃/min，升溫至720℃±10℃后，保溫15～20min，再升溫至780℃±10℃，加入鎂釹中間合金塊20g±0.05g，通入混合保護(hù)氣體，通入速度為100cm3/min，保溫20～25min，然后降溫至740℃±10℃，進(jìn)行精煉，恒溫、保溫靜置30min±5min，獲得鎂鋁鋅釹合金熔液，然后降溫至680℃～700℃，熔液準(zhǔn)備出爐澆鑄；混合保護(hù)氣體組成體積比為SF6∶CO2∶空氣＝0.2∶50∶49.8；(5)澆鑄合金錠在烘烤箱中預(yù)熱開合式澆鑄模具，預(yù)熱溫度為200℃±5℃；用專用工具扒去坩鍋內(nèi)鎂鋁鋅釹合金熔液上的浮渣；將盛有鎂鋁鋅釹合金熔液的坩鍋，對準(zhǔn)澆鑄模具的澆鑄口濾網(wǎng)，進(jìn)行澆鑄，當(dāng)模具腔內(nèi)注滿合金熔液時，停止?jié)茶T；(6)冷卻、脫模澆鑄完成后，將模具及合金熔液一起置于自然空氣環(huán)境中進(jìn)行冷卻，冷卻至400℃±5℃；打開模具，取出合金錠，合金錠在自然空氣中冷卻至20℃±3℃；(7)切割成型對澆鑄脫模冷卻后的合金錠進(jìn)行切割，成10×10×50mm的矩形鎂合金錠6支，表面粗糙度Ra0.63～1.25μm；(8)L形等通道擠壓成型①清洗擠壓模具通道丙酮100ml±5ml，注入灌洗三次；②在鎂合金錠表面、方形端面擠壓棒和斜角端面擠壓棒表面涂覆凡士林0.05g±0.0001g，并粘附石墨粉0.2g±0.0001g；③將等通道擠壓模具加熱至300℃±10℃；④將鎂合金錠和方形端面擠壓棒垂直放入等通道模具中，預(yù)熱、靜置15min±1min，使鎂合金錠和擠壓模具達(dá)到熱平衡；然后以0.04mm/s的速度進(jìn)行擠壓，直到方形端面擠壓棒距離等通道模具底部為10mm，退出方形端面擠壓棒；再用斜角端面擠壓棒垂直放入通道內(nèi)繼續(xù)擠壓，擠壓速度為0.04mm/s，直到斜角端面擠壓棒接觸到等通道模具底部，鎂合金錠由模具水平通道出口排出，整個擠壓過程要保證鎂合金錠溫度始終保持在300℃±10℃；⑤鎂合金錠同方向旋轉(zhuǎn)90°角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次；⑥將溫度降低到280℃±10℃，按上述旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)90°角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次；(9)切制成型對8道次等通道擠壓后的鎂合金錠進(jìn)行切制成型，尺寸為10×10×50mm，表面粗糙度Ra0.32～0.64μm；(10)測試、分析、表征①用電子萬能試驗機(jī)測定鎂合金錠抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率；②用金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡分析鎂合金錠金相組織；③用合金元素光譜分析儀分析鎂合金錠化學(xué)成分；(11)儲存包裝對制備成型的鎂合金錠要用軟質(zhì)材料包裝，要防水、防潮、防氧化、防酸鹽侵蝕，儲存溫度20℃±3℃，相對濕度≤20％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，其特征在于所述的高 強(qiáng)度鎂合金的熔煉，是以鎂為原料、以鋁、鋅、釹為添加元素，以SF6、 C02和干燥空 氣組成的混合氣體為保護(hù)氣體，其鎂、鋁、鋅、釹的質(zhì)量比為鎂鋁鋅釹=82:15:2:1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，其特征在于所述的高 強(qiáng)度鎂合金使用的化學(xué)物質(zhì)鎂、鋁、鋅、釹量值范圍為Mg 77 卯％、 Al 10 33%、 Zn 0.5~4%、 Nd 0.01 3%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，其特征在于所述的高強(qiáng)度鎂合金的熔煉是在電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉溫度由20'C士3'C升溫至400'CilO'C， 升溫速度為12 14'C/min，繼續(xù)升溫，升溫至72(TC士10'C后，保溫15 20min,再升溫 至78(TC士10'C，加入鎂釹中間合金，通入混合保護(hù)氣體，保溫20 25min,然后降溫至 740。C士10'C，進(jìn)行精煉，保溫靜置30min士5min,獲得鎂鋁鋅釹合金熔液，降溫至680°C~ 700'C出爐，澆注成錠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，其特征在于所述的高 強(qiáng)度鎂合金的等通道擠壓是在中高溫、中溫加熱狀態(tài)下進(jìn)行的，中高溫加熱溫度為 300°C±10'C，同方向旋轉(zhuǎn)90°角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次；中溫加熱溫度為 280°C±10'C，同方向旋轉(zhuǎn)卯°角4次，重復(fù)等通道擠壓4道次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鎂合金及制備方法，它是以鎂、鋁、鋅、釹為原料，在熔煉爐中熔煉，在混合氣體保護(hù)下，在720℃±10℃熔化，780℃±10℃時加入鎂釹中間合金，740℃±10℃精煉，保溫，獲得鎂鋁鋅釹合金熔液，然后降溫至680℃～700℃出爐，經(jīng)澆鑄冷卻切制成型，等通道8道次轉(zhuǎn)角擠壓，制成高強(qiáng)度鎂合金錠，原料配比為鎂∶鋁∶鋅∶釹＝82∶15∶2∶1，鋁占15％，鋁材料來源豐富，價格低，較經(jīng)濟(jì)，稀土元素釹可改變鎂合金的金相組織和力學(xué)性能，此制備方法工藝流程短，環(huán)境污染小，鎂合金錠的抗拉強(qiáng)度可提高147.4％，屈服強(qiáng)度可提高210.6％，延伸率448.3％，金相組織致密均勻，平均晶粒尺寸≤2μm。
文檔編號C22F1/06GK101117680SQ20071006234
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者李忠磊, 偉 梁, 王紅霞, 王順旗, 薛晉波, 琦 趙, 趙興國, 邊麗萍, 陳克華, 韓富銀 申請人:太原理工大學(xué)