一種Mg-Mn中間合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于鎂合金組織均勻及細(xì)化的Mg-Mn中間合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用Mn中間合金的形式在合金中引入Mn元素，主要包括Al-Mn和Mg-Mn中間合金。其中，采用Mg-Mn中間合金向鎂合金中引入Mn元素，不會(huì)引入其它元素，并且Mn元素在中間合金的存在形態(tài)及分布會(huì)顯著影響Mn在熔體中的分布，進(jìn)而影響鎂合金的凝固組織。
[0003]目前，應(yīng)用較為廣泛的含Mn中間合金主要Al-Mn，Mg-Mn中間合金。對(duì)于鋁合金和鎂合金而言，Mn熔點(diǎn)高，加入后難熔化，而且密度大，易產(chǎn)生熔體過(guò)熱與Mn在凝固過(guò)程中的沉降問(wèn)題，不適合電阻爐靜置爐的使用。申請(qǐng)?zhí)枮閆L 201410157760.3的中國(guó)專利報(bào)道了一種Mg-Mn變形鎂合金及其制備方法，其采用Mg-Mn中間合金向鎂合金中引入Mn元素，制備出強(qiáng)度和韌性都較好的新型變形鎂合金，合金的熱變形溫度較低，且具有優(yōu)異的塑形加工性能，其強(qiáng)度和韌性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的商用AZ31鎂合金。
[0004]文獻(xiàn)[蔡元華，郝斌，崔華，等.錳在7000系鋁合金中的作用及機(jī)理[J].材料科學(xué)與工藝，2008，16(4):531-534]中報(bào)道，Mn作為鋁合金的合金元素，可以顯著地提高鋁合金的強(qiáng)度，耐蝕性以及抑制鋁合金焊接時(shí)開(kāi)裂；文獻(xiàn)[陳剛，陳鼎.錳在有色金屬中的應(yīng)用.中國(guó)錳業(yè)，2003，21 (1):34-37]中報(bào)道，作為鎂合金的合金元素，雖不能夠提尚抗拉強(qiáng)度，但能稍微提尚屈服強(qiáng)度，并能提尚合金的耐蝕性，細(xì)化晶粒，并提尚可焊性。文獻(xiàn)[范科.高含Mn量Mg-Mn中間合金的制備與應(yīng)用.重慶大學(xué)，2010]中報(bào)道，Mn加入鎂中可以大大提高鎂合金的耐蝕性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決熔煉過(guò)程中鎂合金自燃以及Mn在鎂合金熔體中擴(kuò)散系數(shù)較小的問(wèn)題，避免Mn在熔體中分布不均勻進(jìn)而導(dǎo)致所制備的中間合金細(xì)化效果降低的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種能使α -Mn細(xì)小均勾分布的Mg-Mn中間合金。
[0006]本發(fā)明同時(shí)還提供一種Mg-Mn中間合金的制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種Mg-Mn中間合金，所含組分的質(zhì)量百分比為:85~95%Mg，5~15%Mn。本發(fā)明的中間合金中的Mn以細(xì)小的α -Mn枝狀及粒狀晶形式存在。
[0008]上述Mg-Mn中間合金中各組分的質(zhì)量百分比優(yōu)選為:92.8-95.7%Mg，
4.3%~7.2%Mn ;此時(shí)Mg-Mn合金對(duì)鎂合金的組織細(xì)化效果最好。
[0009]上述Mg-Mn中間合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)依據(jù)Mg-Mn中間合金的組成準(zhǔn)備原料；組分的原料均源于工業(yè)純金屬；
(2)將Mg和Mn同時(shí)放入坩禍中，將爐溫升至680~700°C，待Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的保護(hù)溶劑，升溫至820~1000°C，保溫5~40min ;或采用中頻爐用170-250HZ的頻率將Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的保護(hù)溶劑，采用200-350HZ 的頻率升溫至 820~1000°C，保溫 5~40min ；
(3)高溫熔體直接澆注成鑄錠或制備成棒材。
[0010]其中，保護(hù)溶劑的加入量要依據(jù)是否能夠在熔煉和澆注過(guò)程中有效防止Mg合金自燃適量添加；其中，Mg完全熔化之后的爐溫要根據(jù)加入Mn的含量在820~1000°C中選擇，其中Mn的含量越高，需要的爐溫越高。
[0011]保溫時(shí)間同樣是根據(jù)加入Mn的含量在5~40min中選擇，其中Mn的含量越高，需要的保溫時(shí)間越長(zhǎng)。
[0012]在制備過(guò)程中，各組分會(huì)有不同程度的燒損，因此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中各組分的含量與原料中各組分的含量存在微小差異。
[0013]本發(fā)明的有益效果:Mg_Mn中間合金中的Mn以細(xì)小α -Mn枝狀及粒狀晶形式存在。在鎂-鋅-釓合金中加入Mg-Mn中間合金并完全熔化后，Mn以團(tuán)簇的形式均勻分布在熔體當(dāng)中；在合金凝固過(guò)程中，熔體中的Mn團(tuán)簇聚集長(zhǎng)大為晶核，為鎂合金的凝固提供了大量的異質(zhì)核心，細(xì)化效果良好，顯著提高了合金的力學(xué)性能。具體表現(xiàn)在，加入Mg-Mn中間合金后，Mg-3Gd-lZn合金中α -Mg的晶粒尺寸減小為52 μ m，僅為原來(lái)的2/3左右，導(dǎo)致合金的晶粒尺寸明顯將降低。由屈服強(qiáng)度由原來(lái)的172MPa提高至221MPa，顯著提高合金的強(qiáng)度；而直接加入Mn，Mg-3Gd_lZn合金中α -Mg的晶粒尺寸小為68 μ m。與直接加入Mn相比，Mg-Mn中間合金降低了合金恪煉的溫度，避免了過(guò)熱導(dǎo)致鎂合金的劇烈氧化，使Mn元素在熔體中分布更加均勻；在存放過(guò)程中，具有更好的穩(wěn)定性。因此Mg-Mn中間合金可以靜態(tài)電阻爐中熔煉，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為制備的Mg-Mn中間合金的掃描電子顯微圖。
[0015]圖2為添加Mg-Mn中間合金之前Mg-3Gd_lZn合金的掃描電子顯微圖。
[0016]圖3為添加Mg-Mn中間合金之后Mg-3Gd_lZn合金的掃描電子顯微圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:
Cl)按工業(yè)純鎂95%、純錳5%的質(zhì)量百分比稱取原料；
(2)將Mg和Mn同時(shí)放入坩禍中，將爐溫升至680~700°C，待Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度為3~8mm的保護(hù)溶劑，升溫至820~950°C，保溫10~20min ；
(3)直接澆注成型，可以澆注成鑄錠或制備成棒材。
[0018]按照上述配比和工藝制取的Mg-Mn中間合金，Mn的質(zhì)量百分比為5.3-5.7%。
[0019]實(shí)施例2:
Cl)按工業(yè)純鎂90%、純錳10%的質(zhì)量百分比稱取原料；
(2)將Mg和Mn同時(shí)放入坩禍中，采用中頻爐用170~250HZ的頻率將Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度為4~9mm的保護(hù)溶劑，采用250~350HZ的頻率升溫至900~1000°C，保溫 20~30min ； (3)直接澆注成型，可以澆注成鑄錠或制備成棒材。
[0020]按照上述配比和工藝制取的Mg-Mn中間合金，Mn的質(zhì)量百分比為10.2-10.9%。
[0021]實(shí)施例3:
Cl)按工業(yè)純鎂85%、純錳15%的質(zhì)量百分比稱取原料；
(2)將Mg和Mn同時(shí)放入坩禍中，采用中頻爐用170~250HZ的頻率將Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度為5~9mm的保護(hù)溶劑，采用300~350HZ的頻率升溫至900~1000°C，保溫 30~40min ；
(3)直接澆注成型，可以澆注成鑄錠或制備成棒材。
[0022]按照上述配比和工藝制取的Mg-Mn中間合金，Mn的質(zhì)量百分比為15.4-16.1%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Mg-Mn中間合金，其特征在于:其組分的質(zhì)量百分比為:85~95%Mg，5~15%Mn ；Mn以α -Mn的形式存在。2.權(quán)利要求1所述的Mg-Mn中間合金的制備方法，其特征體現(xiàn)于以下步驟: (1)依據(jù)Mg-Mn中間合金的組成準(zhǔn)備原料；組分的原料均源于工業(yè)純金屬； (2)將鎂、錳同時(shí)放入坩禍中，將爐溫升至680~700°C，待Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的保護(hù)熔劑，升溫至820~1000°C，保溫5~40min ;或采用中頻爐用170-250HZ的頻率將Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的保護(hù)熔劑，采用200-350HZ 的頻率升溫至 820~1000°C，保溫 5~40min ； (3)高溫熔體直接澆注成鑄錠或制備成棒材。3.權(quán)利要求2中所述的制備工藝中，采用石墨坩禍作為熔料坩禍。4.權(quán)利要求2中所述的制備工藝中，采用RJ-2或RJ-3作為覆蓋劑和精煉劑。
【專利摘要】本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及一種用于鎂合金組織均勻及細(xì)化的Mg-Mn中間合金及其制備方法。在該中間合金體系中Mn以α-Mn的形式存在。該合金按重量百分比為：85~95%Mg，5~15%Mn。制備步驟是：按比例準(zhǔn)備好工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁，將其同時(shí)放入石墨坩堝中，將爐溫升至680~700℃，待鎂完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的RJ-2或RJ-3保護(hù)熔劑，升溫至820~1000℃，保溫5~40min；或采用中頻爐用170~250HZ的頻率將Mg完全熔化，在熔體表面覆蓋一層厚度大于2.5mm的RJ-2或RJ-3保護(hù)熔劑，采用200~350HZ的頻率升溫至820~1000℃，保溫5~40min；最后將熔體直接澆注成鑄錠或制備成棒材。該制備方法簡(jiǎn)便，所制備的Mg-Mn中間合金對(duì)鎂合金組織具有良好的均勻細(xì)化效果，適合大批量生產(chǎn)。
【IPC分類】B22D27/20, C22C23/00, C22C1/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105002409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510418608
【發(fā)明人】張金洋, 滕新?tīng)I(yíng), 賈鵬, 許敏, 劉忠鵬
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日