一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂合金，所述鎂合金中各組分的重量百分比為：Al：5.0wt%-7.5wt%；Zn：0.40wt%-1.20wt%；Mn：0.05wt%-0.50wt%；Co：0.05wt%-1.0wt%；余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明主要是在現(xiàn)有鎂合金熔煉工藝中添加金屬元素Co，通過(guò)金屬元素Co的作用，可得到穩(wěn)定細(xì)小晶粒組織，強(qiáng)度與室溫塑性得到了極大改善與提高，可以滿足成品或半成品的室溫加工與使用要求。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鎂合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說(shuō)，涉及一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂 合金。屬于金屬材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂及鎂合金是21世紀(jì)輕量化材料，鎂合金因其具有比重輕，比強(qiáng)度和比剛度高， 阻尼性、導(dǎo)熱性、切削加工性和鑄造性好，另外還具有電磁屏蔽能力強(qiáng)、資源豐富和容易回 收等一系列優(yōu)點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為了"最年輕"的金屬結(jié)構(gòu)材料之 一。其應(yīng)用在航空航天、汽車、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件上，可以明顯減輕重量、節(jié)省燃油消 耗。
[0003] 變形鎂合金是指可用擠壓、乳制、鍛造和沖壓等塑性成形方法加工的鎂合金。由于 鎂合金為密排六方結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上被視為一種難以塑性變形、壓力加工性能差的金屬，大多數(shù) 鎂合金又有較好的鑄造性能，與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強(qiáng)度、更好的塑性 及更多樣化的規(guī)格。變形鎂合金的晶粒細(xì)小，無(wú)偏析和微觀孔洞，具有優(yōu)良的綜合性能。
[0004] 然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，鎂是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫滑移系少，塑性差，變 形加工困難，特別是鎂合金板材、管材、型材等室溫二次成形更困難。室溫強(qiáng)度低及塑性差 已成為變形鎂合金加工與應(yīng)用上的一個(gè)瓶頸，改善變形鎂合金的室溫塑性及強(qiáng)度也就成為 其應(yīng)用中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：解決現(xiàn)有技術(shù)中的變形鎂合金的室溫塑性差、強(qiáng) 度低、加工成形性能差的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂合金，其各組分的重量百分 比為：Al :5· 0 wt%_7. 5 wt% ;Zn :0· 40 wt%_l. 20 wt% ;Mn :0· 05 wt%-〇. 50 wt% ;Co :0· 05 wt%-l. 0 wt% ;余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 應(yīng)用于上述技術(shù)方案，所述的變形鎂合金中，其中不可避免的雜質(zhì)重量百分比為： Si 彡 0· 05 wt %，F(xiàn)e 彡 0· 05 wt %，Cu 彡 0· 05 wt %，Ni 彡 0· 05 wt %。
[0009] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的變形鎂合金中，其各組分的重量百分比為：A1 : 5. 7 wt%_6. 5 wt% ;Zn :0· 8wt%_l. 2wt% ;Mn :0· 1 wt%-〇. 4 wt% ; Co :0· 25 wt%-〇. 55wt% ;余 量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，一種高強(qiáng)度高塑性變形鎂合金的制備方法，包括如下 步驟：A :烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鎂Mg、純鋁A1、純鋅Zn、純鈷Co和鋁錳AIMn中間合金， 進(jìn)行烘干處理。B :熔煉：待Mg、Al、Zn金屬錠全部熔化后，加入已稱量好的AIMn中間合金； 并待AIMn中間合金全部熔化后，加入0. 05 wt%-l. 0 wt%的金屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
[0011] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的制備方法中，步驟B中，加入0. 25 wt%-〇. 55wt% 金屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
[0012] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的制備方法中，步驟B中，加入0. 35 wt%-〇. 45wt% 金屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
[0013] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的制備方法中，步驟B中，加入0. 45wt%金屬鈷，制 得鎂合金鑄棒。
[0014] 應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的制備方法中，步驟B中，待AIMn中間合金全部熔 化后，再在700°C溫度下加入的金屬鈷，同時(shí)不時(shí)均勻地撒下覆蓋劑RJ-6。
[0015] 采用上述方案，本發(fā)明通過(guò)在鎂合金熔煉工藝中加入金屬元素鈷，使變形鎂合金 具有高塑性及高強(qiáng)度，特別是室溫高塑性，能夠滿足對(duì)變形鎂合金在常溫條件下進(jìn)行塑性 加工的需要，將極大的提高鎂合金的生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明對(duì)比例1的鎂合金鑄件在室溫下的金相顯微照片； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的鎂合金鑄件在室溫下的金相顯微照片； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的鎂合金鑄件在室溫下的金相顯微照片； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的鎂合金鑄件在室溫下的金相顯微照片； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的鎂合金鑄件在室溫下的金相顯微照片。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明的發(fā)明人在長(zhǎng)期的變形鎂合金研究中，意外的發(fā)現(xiàn)通過(guò)在AZ61變形鎂合 金中添加一定量的金屬元素鈷（Co)，能夠極大的提高變形鎂合金的室溫塑性及強(qiáng)度和加工 性能。據(jù)此，本發(fā)明提供一種變形鎂合金，其各組分的重量百分比為：A1 :5.0 wt%-7.5 wt%; Zn :0· 40 wt%_l. 20 wt% ;Mn :0· 05 wt%-〇. 50 wt% ; Co :0· 05 wt%_l. 0 wt% ;余量為 Mg 和不 可避免的雜質(zhì)。其中不可避免的雜質(zhì)重量百分比為：Si <0. 05 wt %，F(xiàn)e<0. 05 wt %， Cu 彡 0· 05 wt %，Ni 彡 0· 05 wt %。
[0018] 在優(yōu)選情況下，為了獲得室溫塑性及強(qiáng)度更佳的變形鎂合金，所述變形鎂合金中 各組分的重量百分比為：A1 :5. 7 wt%-6. 5 wt% ;Zn :0· 8wt%-l. 2wt% ;Mn :0· 1 wt%-〇. 4 wt% ; Co :0. 25 wt%-〇. 55wt% ;余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
[0019] 本發(fā)明的變形鎂合金的制備可采用目前常用的鎂合金熔煉工藝，其中，熔煉工藝 采用現(xiàn)有的備料一熔化一精煉一澆注的步驟，現(xiàn)將本發(fā)明變形鎂合金的制備方法的各步驟 具體詳述如下： 步驟1、備料：1)原材料：準(zhǔn)備好配方量的純鎂錠(純度> 99. 9wt%)、純鋁錠(純度 彡99. 9 wt%)、純鋅錠(純度> 99. 9 wt%)、純單質(zhì)鈷(純度> 99. 9wt%)與鋁錳中間合金錠。
[0020] 2)助熔劑：底熔劑、覆蓋劑和精煉劑，均可采用現(xiàn)有的用于鎂合金制備的底熔劑、 覆蓋劑和精煉劑，例如：覆蓋劑RJ-6、精煉劑RJ-5。
[0021] 步驟2、干燥：將準(zhǔn)備的原料進(jìn)行干燥處理，其中，1%、八1、211、(：〇在1001：±101：溫 度下烘干，而AIMn中間合金在150°C ±10°C溫度下烘干，烘干的作用是為了去除原料中的 水分，防止熔煉過(guò)程中，水與鎂反應(yīng)產(chǎn)生爆炸。
[0022] 步驟3、熔融合金化：1)、熔化：在整個(gè)熔煉過(guò)程中，持續(xù)向坩堝中通入5?6氣體 進(jìn)行保護(hù)，先將坩堝預(yù)熱至200-250°C，將稱量好的鎂錠、鋁錠、鋅錠放入坩堝中并加入底 熔劑加熱熔化，底熔劑的用量約占爐料質(zhì)量的1. 5-2. 5 wt%，待鎂錠、鋁錠、鋅錠全部熔化 后，加入已稱量好的鋁錳中間合金，繼續(xù)加熱，待鋁錳中間合金充分熔化后，攪拌均勻，制 得鎂合金中間熔液，整個(gè)熔化過(guò)程的時(shí)間控制在2-6H，且鎂合金熔液的最終溫度控制在 670-690°C。在整個(gè)熔化過(guò)程中不時(shí)均勻地撒入覆蓋劑以防止燃燒，撒覆蓋劑的一般原則 是：不使金屬表面啟燃，加入量盡量小，能夠覆蓋住熔液表面即可，覆蓋劑的用量約占爐料 質(zhì)量的0. 3-0. 5wt% ;因?yàn)殒V的活性高，在空氣中加熱，易氧化燒損，且在熔融狀態(tài)下，無(wú)覆 蓋劑保護(hù)時(shí)，會(huì)劇烈的燃燒。因而整個(gè)熔煉過(guò)程需要在3^氣體保護(hù)下進(jìn)行，并且需要撒入 覆蓋劑。
[0023] 2)、混熔：向鎂合金中間熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)加入稱量好的金屬鈷，并 采用機(jī)械攪拌，混熔的時(shí)間控制在l_20min，溫度控制在690-720°C，混熔后得到鎂合金熔 液。
[0024] 步驟4、精煉：向鎂合金熔液中通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在鎂合金熔液的表面均勻 撒入精煉劑進(jìn)行精煉，并采用機(jī)械攪拌，精煉劑的用量約占爐料質(zhì)量的1. 5-2. 5wt%，然后升 溫，溫度控制在720-730°C，時(shí)間控制在30-45min，使加入的金屬在較高的溫度下更好的合 金化；結(jié)束后靜置降溫，靜置時(shí)間控制在10_30min，溫度控制在660-680°C，使熔劑和夾雜 物沉降，使合金更加均勻化，得到鎂合金熔體。
[0025] 步驟5、澆注：將精煉后的鎂合金熔體注入模具中，成型后脫模，制得鎂合金鑄棒， 澆注的條件為：在660-680°C的溫度下，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，保護(hù)氣氛通常為SF 6、C02、N2、 so2或混合氣體保護(hù)氣氛。
[0026] 更進(jìn)一步地，本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)大量的研究，進(jìn)一步證實(shí)添加金屬元素 Co能夠 起到提高變形鎂合金AZ61的室溫塑性及強(qiáng)度，其機(jī)理在于： 1、本發(fā)明通過(guò)添加金屬元素鈷，可以有效降低鎂合金晶格中的c/a值，顯著增加錐面 滑移系的激活能力，這樣就能夠協(xié)調(diào)c軸方向的應(yīng)變而提高壓縮延展性，提高了塑性成形 能力。
[0027] 2、本發(fā)明通過(guò)添加金屬元素鈷使Mg元素與Co形成MgC〇2中間合金，并向 i3-Mg17Al12相的周圍偏聚，阻止了 i3-Mg17Al12相的再長(zhǎng)大，極大細(xì)化了合金晶粒，提高鑄態(tài) 下AZ61合金的室溫塑性及強(qiáng)度。
[0028] 3、本發(fā)明通過(guò)添加金屬鈷，與鋁形成Al3Co4金屬間化合物，細(xì)小彌散分布在基體 中，起到細(xì)化晶粒組織作用，而小晶粒之間的晶界更易滑動(dòng)，同時(shí)協(xié)助大晶粒變形，從而極 大的提高合金的塑性成形能力及強(qiáng)度性能。
[0029] 4、本發(fā)明通過(guò)添加金屬鈷，還能夠?qū)g17Al12相產(chǎn)生變質(zhì)作用，通過(guò)對(duì)合金組織的 細(xì)化和對(duì)1&#1 12相的變質(zhì)起到抑制裂紋形成或延緩裂紋擴(kuò)展的作用，提高合金的塑性成 形能力。
[0030] 以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
[0031] 實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例1的變形鎂合金的制備方法，包括下述步驟： 1、烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鎂、純鋁、純鋅(純度均> 99. 9 wt%)、純鈷和鋁錳中間合 金，進(jìn)行烘干處理，其中Mg、Al、Zn、Co在100°C溫度下烘干，而AIMn中間合金則在150°C溫 度下烘干。
[0032] 2、熔煉：在整個(gè)熔煉過(guò)程中，持續(xù)向電阻坩堝中通入SF6氣體進(jìn)行保護(hù)，先將電阻 坩堝預(yù)熱至200°C，在坩堝側(cè)壁和底部撒上適量的精煉劑RJ-5和覆蓋劑RJ-6,然后放入稱 量好的Mg、Al、Zn金屬錠，繼續(xù)加熱，待Mg、Al、Zn金屬錠全部熔化后，在680°C的溫度下加 入已稱量好的AIMn中間合金并不時(shí)的均勻撒下覆蓋劑RJ-6 ;待AIMn中間合金全部熔化 后，再在700°C溫度下加入0. 25 wt%的金屬鈷，同時(shí)不時(shí)均勻地撒下覆蓋劑RJ-6,待上述 合金充分熔化后，攪拌均勻，同時(shí)保溫5min ;加入精煉劑RJ-5進(jìn)行精煉，在精煉的過(guò)程中， 精煉劑的加入量為爐料量的10%左右，加入后充分?jǐn)嚢?、靜置5min，然后升溫至720°C保溫 30min，再降溫680°C靜置15min，最后澆入預(yù)熱溫度為250°C的鐵模中，制得鎂合金鑄棒B1。
[0033] 實(shí)施例2 原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鈷的添加量為〇. 35wt%，制 得鎂合金鑄棒B2。
[0034] 實(shí)施例3 原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鈷的添加量為〇. 45wt%，制 得鎂合金鑄棒B3。
[0035] 實(shí)施例4 原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鈷的添加量為〇. 55wt%，制 得鎂合金鑄棒Μ。
[0036] 實(shí)施例5 原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鈷的添加量為〇. 〇5wt%，制 得鎂合金鑄棒B5。
[0037] 實(shí)施例6 原料以及制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于，鈷的添加量為1. 〇wt%，制得 鎂合金鑄棒B6。
[0038] 對(duì)比例1 對(duì)比例1用于說(shuō)明沒(méi)有添加鈷的變形鎂合金的性能，其余與實(shí)施例1相同，制得鎂合金 鑄棒A1。
[0039] 性能測(cè)試： 1)化學(xué)成分、塑性及強(qiáng)度性能測(cè)試： 將上述實(shí)施例1-6制備的鎂合金鑄棒B1-B6以及對(duì)比例1制備的鎂合金鑄棒A1分別 進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)（ICP測(cè)試)、塑性及強(qiáng)度性能測(cè)試(通過(guò)萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試)，所得到的 鎂合金的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，塑性及強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0040] 2)顯微金相組織觀察： 將上述對(duì)比例1制備的鎂合金鑄棒A1，并分別對(duì)實(shí)施例1-4制備的鎂合金鑄棒，進(jìn)行顯 微金相組織觀察的取樣，顯微金相照片分別如圖1-5所示。
[0041] 表1 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)wt%)

【權(quán)利要求】
1. 一種高強(qiáng)度高塑性的變形鎂合金，其特征在于： 其各組分的重量百分比為：A1 :5· 0 wt%-7. 5 wt% ;Zn :0· 40 Wt%-1. 20 wt% ;Mn :0· 05 wt%-〇. 50 wt% ;Co :0· 05 wt%_l. 0 wt% ;余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變形鎂合金，其特征在于，不可避免的雜質(zhì)重量百分比為：Si < 0· 05 wt %, Fe < 0· 05 wt %, Cu < 0· 05 wt %, Ni < 0· 05 wt %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變形鎂合金，其特征在于，其各組分的重量百分比為： A1 ：5. 7 wt%-6. 5 wt% ；Zn ：0. 8wt%-l. 2wt°/〇 ；Mn ：0. 1 wt%-〇. 4 wt% ； Co ：0. 25 wt%-〇. 55wt°/〇 ； 余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變形鎂合金，其特征在于，其各組分的重量百分比為：A1 :5. 7 wt%_6. 5 wt% ;Zn :0· 8wt%_l. 2wt% ;Mn :0· 1 wt%-〇. 4 wt% ; Co :0· 35 wt%-〇. 45wt% ;余量為 Mg和不可避免的雜質(zhì)。
5. -種高強(qiáng)度高塑性變形鎂合金的制備方法，包括如下步驟： A :烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鎂Mg、純鋁A1、純鋅Zn、純鈷Co和鋁錳AIMn中間合金，進(jìn) 行烘干處理 B :熔煉：將Mg、Al、Zn金屬錠全部熔化后，加入已稱量好的AIMn中間合金；并待AIMn 中間合金全部烙化后，加入0.05 wt%-1.0 wt%的金屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟B中，加入0. 25 wt%-〇. 55wt%金 屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟B中，加入0. 35 wt%-〇. 45wt%金 屬鈷，制得鎂合金鑄棒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟B中，加入0. 45wt%金屬鈷，制得 鎂合金鑄棒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4-8任一所述的制備方法，其特征在于，步驟B中，待AIMn中間合金全 部熔化后，再在700°C溫度下加入金屬鈷，同時(shí)不時(shí)均勻地撒下覆蓋劑RJ-6。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104195395SQ201410446208
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】高寬 申請(qǐng)人:深圳市鋯安材料科技有限公司