一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，按照重量百分比含量含有：Gd：0.5-0.7%，Al：3.35-3.6%，Zn：1.7-1.95%，Si：4.0-5.0%，Ca：0.9-1.0%，Sr：1.0-1.1%，Nd：0.8-1.0%，Zr：0.1-0.3%，Sn：1-2%，Be：0.15-0.20%，Mn：0.7-1.0%，Sb：0.1-0.15%，Cu：0.5-0.8%，氮化硼納米管顆粒：1-15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為100μm以下。本發(fā)明還提出該合金的制備方法。本合金具有良好力學(xué)性能。
【專利說明】一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱鎂合金材料領(lǐng)域，尤其是一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金作為最輕質(zhì)的商用金屬工程結(jié)構(gòu)材料，因其具有比重輕、比強度比剛度高、阻尼減振降燥能力強、液態(tài)成型性能優(yōu)越和易于回收利用等優(yōu)點，被譽為21世紀(jì)“綠色結(jié)構(gòu)材料”。但目前由于現(xiàn)有鎂合金的高溫抗蠕變性能差，長期工作溫度不能超過120°C，使其無法用于制造對高溫蠕變性能要求高的汽車發(fā)動機及其他傳動部件，因此極大地阻礙了鎂合金的進一步應(yīng)用。也正是由于這樣，國內(nèi)外對于具有高溫抗蠕變性能的耐熱鎂合金的研究開發(fā)給予了高度重視，并先后試制研究了 Mg-Al-S1、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Sn、Mg-Zn-Al、Mg-Zn-RE、Mg-Zn-S1、Mg-Zn-Sn、Mg-Y-Nd 和 Mg-Sn-Ca 等系列的耐熱鎂合金。然而，在上面這些得到試制研究的耐熱鎂合金體系中，真正得到實際應(yīng)用的主要集中在少數(shù)合金上，如Mg-Al-RE系中的AE42合金、Mg-Y-Nd系的WE43合金和Mg-Al-Si系的AS41和AS21合金。此外，即使這些得到應(yīng)用的耐熱鎂合金也因為存在各自不同的問題而使其應(yīng)用受到不同程度的限制。如對于AE42合金和WE43合金，其均含有高含量的RE ( > 2.5 % )和/或Y、Th等貴金屬元素，合金的成本較高，其目前僅用于賽車等高性能發(fā)動機上，并未在汽車上廣泛應(yīng)用。因此，有必要進一步研究開發(fā)新型的耐熱鎂合金。為了增強鎂合金的力學(xué)性能，提高其應(yīng)用范圍，必須對鎂合金進行強化處理，常用的方法有很多，例如沉淀強化法、晶粒細(xì)化法、熱壓法，摻雜增強劑法。摻雜增強劑法，一般是向鎂合金中添加顆?；蚶w維來增強其力學(xué)性能。纖維增強鎂合金，工藝復(fù)雜，成本高，機械加工困難等缺點限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金及其制備方法。
[0004]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.5-0.7%，A1:3.35-3.6%, Zn:1.7-1.95%, S1:4.0-5.0%, Ca:0.9-1.0%, Sr:1.0-1.1%，Nd:0.8-1.0%, Zr:0.1-0.3%, Sn: 1-2%, Be:0.15-0.20%, Mn:0.7-1.0%, Sb:0.1-0.15%, Cu:0.5-0.8%，氮化硼納米管顆粒:1_15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為ΙΟΟμπι以下。
[0005]所述的氮化硼增強多元耐熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準(zhǔn)備:按照重量百分比含量進行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al_Ca中間合金、Al_Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al_Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為745-770°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al_Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預(yù)熱到550-650°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至785°C~800°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為1-4分鐘，精煉完后在740V~750°C保溫靜置5~8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:11%~15%；Na3AlF6:8 ~10% ；MgC12:30-40% ;余量為 KC1 ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預(yù)熱溫度為200~300°C的鐵模具中，澆鑄溫度為730°C~740°C ;鑄件規(guī)格為Φ450_~Φ500_，長度≥3000mm
(5)熱處理:將鑄件在435-440°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16~24小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到210°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為410°C~450°C保溫1~2h;進行兩向鍛造開坯，鍛造成厚度為40-60mm的厚板；道次壓下量為20%~40%，每3_6道次鍛造后退火1.5h，退火溫度為410°C~450°C;b.加熱軋輥至溫度為310_350°C;c.加熱厚板至溫度為460-470°C，保溫20-30分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成2~10mm薄板，軋棍速度為0.4m/s~0.8 m/s ;每道次軋制壓下量為10%~20%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為41CTC~45CTC,退火時間為30min~40min ；(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為230-250°C，保溫時間為12-36h ;再在200_220°C進行第二次時效處理，時效時間為12_36h ；最后在150-180°C進行第三次時效處理，時效時間為12-36h。
[0006]更進一步地，按照重量百分比含量含有:Gd:0.65%，A1:3.55%，Zn:1.85%，Si:
4.25%, Ca:0.96%, Sr:1.05%, Nd:0.9%, Zr:0.24%, Sn:1.6%, Be:0.18%, Mn:0.85%, Sb:0.13%，Cu:0.75%，氮化硼納米管顆粒:7.5%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為50 μ m以下。
[0007]所述氮化硼納米管顆粒是指一個或多個氮化硼納米管形成的顆粒狀物質(zhì)，其大小為所述顆粒的尺寸。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過將氮化硼納米管添加到多元鎂合金中，從而得到顆粒增強型鎂合金，該鎂合金具有較高的強度和良好的機械加工性能，對應(yīng)的鎂合金鑄件制造工藝步驟簡單，鎂合金鑄件成本低廉。本發(fā)明應(yīng)用前景良好。
[0009]
【具體實施方式】
[0010]實施例1
一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.55%，A1:3.4%，Zn:1.75%, S1:4.2%, Ca:0.93%, Sr:1.02%, Nd:0.88%, Zr:0.17%, Sn:1.6%, Be:0.18%, Mn:0.76%，Sb:0.13%，Cu:0.59%，氮化硼納米管顆粒:5.5%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為90 μ m。[0011]所述的氮化硼增強多元耐熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟:(1)原料準(zhǔn)備:按照重量百分比含量進行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al_Ca中間合金、Al_Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al_Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為750°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預(yù)熱到600°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至790°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為4分鐘，精煉完后在745°C保溫靜置6分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:13% ；Na3AlF6:9% ；MgC12:35% ;余量為 KC1 ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預(yù)熱溫度為260°C的鐵模具中，澆鑄溫度為735°C ;鑄件規(guī)格為Φ45，長度3000mm
(5)熱處理:將鑄件在435°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為24小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到210°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為410°C保溫2h;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為60mm的厚板；道次壓下量為35%,每4道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為410°C ；b.加熱軋輥至溫度為350°C ;c.加熱厚板至溫度為470°C，保溫30分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成3mm薄板，軋輥速度為0.7 m/s ;每道次軋制壓下量為15%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為4100°C,退火時間為35min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為245°C，保溫時間為16h ;再在215°C進行第二次時效處理，時效時間為16h ;最后在165°C進行第三次時效處理，時效時間為16h。
[0012]實施例2:
一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.68%，A1:3.54%，Zn:1.82%, S1:4.44%, Ca:0.96%, Sr:1.07%, Nd:0.98%, Zr:0.23%, Sn:1.7%, Be:0.175%, Mn:0.89%，Sb:0.145%，Cu:0.67%，氮化硼納米管顆粒:8%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為50 μ m。
[0013]一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，包括以下步驟:
(1)原料準(zhǔn)備:按照重量百分比含量進行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al_Ca中間合金、Al_Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al_Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為745-770°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al_Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預(yù)熱到580°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至790°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為4分鐘，精煉完后在740°C保溫靜置8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:13% ；Na3AlF6:9% ；MgC12:36% ;余量為 KC1 ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預(yù)熱溫度為240°C的鐵模具中，澆鑄溫度為38°C ;鑄件規(guī)格為Φ480ι?πι，長度3500mm
(5)熱處理:將鑄件在440°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到210°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為435°C保溫1.5h ;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為45mm的厚板；道次壓下量為25%,每3道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為430°C ；b.加熱軋輥至溫度為320°C ；c.加熱厚板至溫度為465°C，保溫25分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成4mm薄板，軋輥速度為0.45 m/s ;每道次軋制壓下量為12%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為435°C,退火時間為35min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為250°C，保溫時間為12h ;再在220°C進行第二次時效處理，時效時間為12h ;最后在180°C進行第三次時效處理，時效時間為12h。
[0014]實施例3:
一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，按照重量百分比含量含有Gd:0.65%，A1:3.55%，Zn:1.85%, S1:4.25%, Ca: 0.96%, Sr:1.05%, Nd:0.9%, Zr:0.24%, Sn:1.6%, Be:0.18%, Mn:
0.85%，Sb:0.13%，Cu:0.75%，氮化硼納米管顆粒:12%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為10 μ m。
[0015]所述氮化硼增強多元耐熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準(zhǔn)備:按照重量百分比含量進行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al_Ca中間合金、Al_Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al_Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為750°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預(yù)熱到570°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至790°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為4分鐘，精煉完后在740°C保溫靜置8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:13% ；Na3AlF6:9% ；MgC12:36% ;余量為 KC1 ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預(yù)熱溫度為240°C的鐵模具中，澆鑄溫度為38°C ;鑄件規(guī)格為Φ480ι?πι，長度3500mm(5)熱處理:將鑄件在440°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到210°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為435°C保溫1.5h ;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為45mm的厚板；道次壓下量為25%,每3道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為430°C ；b.加熱軋輥至溫度為320°C ；c.加熱厚板至溫度為465°C，保溫25分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成4mm薄板，軋輥速度為0.45 m/s ;每道次軋制壓下量為12%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為435°C,退火時間為35min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為250°C，保溫時間為12h ;再在220°C進行第二次時效處理，時效時間為12h ;最后在180°C進行第三次時效處理，時效時間為12h。
[0016]實施例1-3得到的合金的性能列于下表
【權(quán)利要求】
1.一種氮化硼增強多元耐熱鎂合金，其特征在于:按照重量百分比含量含有:Gd:0.5-0.7%, A1:3.35-3.6%, Zn:1.7-1.95%, S1:4.0-5.0%, Ca:0.9-1.0%, Sr:1.0-1.1%, Nd:0.8-1.0%, Zr:0.1-0.3%, Sn:l~2%, Be:0.15-0.20%, Mn:0.7-1.0%, Sb:0.1-0.15%, Cu:0.5-0.8%，氮化硼納米管顆粒:1_15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為ΙΟΟμπι以下。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化硼增強多元耐熱鎂合金的制備方法，其特征在于:(1)原料準(zhǔn)備:按照重量百分比含量進行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al_Ca中間合金、Al_Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al_Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為745-770°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純A1錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al_Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預(yù)熱到550-650°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；(3)精煉:使熔煉爐升溫至785°C~800°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為1-4分鐘，精煉完后在740V~750°C保溫靜置5~8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:11%~15%；Na3AlF6:8 ~10% ；MgC12:30-40% ;余量為 KC1 ；(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預(yù)熱溫度為200~300°C的鐵模具中，澆鑄溫度為730°C~740°C ;鑄件規(guī)格為Φ450_~Φ500_，長度≥3000mm(5)熱處理:將鑄件在435-440°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16~24小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到210°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為410°C~450°C保溫1~2h;進行兩向鍛造開坯，鍛造成厚度為40-60mm的厚板；道次壓下量為20%~40%，每3_6道次鍛造后退火1.5h，退火溫度為410°C~450°C;b.加熱軋輥至溫度為310_350°C ;c.加熱厚板至溫度為460-470°C，保溫20-30分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成2~10mm薄板，軋棍速度為0.4m/s~0.8 m/s ;每道次軋制壓下量為10%~20%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為41CTC~45CTC,退火時間為30min~40min ；(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為230-250°C，保溫時間為12-36h ;再在200_220°C進行第二次時效處理，時效時間為12_36h ；最后在150-180°C進行第三次時效處理，時效時間為12-36h。
3.如權(quán)利要求1-2所述的氮化硼增強多元耐熱鎂合金的制備方法，其特征在于:按照重量百分比含量含有:Gd:0.65%, A1:3.55%, Zn:1.85%, S1:4.25%, Ca:0.96%, Sr:1.05%,Nd:0.9%, Zr:0.24%, Sn:1.6%, Be:0.18%, Mn:0.85%, Sb:0.13%, Cu:0.75%,氮化硼納米管顆粒:7.5%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為50 μ m以下。
【文檔編號】C22C1/06GK103710600SQ201410018732
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張霞 申請人:張霞