一種耐低溫環(huán)境的鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及儀合金技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種耐低溫環(huán)境的儀合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 儀合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度高、比剛度高、抗震性好、電磁屏蔽 性能優(yōu)異、可回收性好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、便攜工具、電子工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用 前景。我國擁有世界上最為豐富的儀資源，發(fā)展儀合金制備加工技術(shù)對實(shí)現(xiàn)從儀資源優(yōu)勢 向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化具有重要意義。
[0003] 隨著儀合金在社會中應(yīng)用的越來越廣泛，對于儀合金在高溫環(huán)境下合金性能的保 持與提升研究越來越多，但是儀合金在航空航天領(lǐng)域中還會處于低溫真空環(huán)境。因?yàn)閮x合 金的高性能和低密度，使得儀合金所制成的各種零件在衛(wèi)星、宇宙飛船、各種探測器中使用 的越來越多，該零件長期處于外太空中，外太空指的是地球稠密大氣層之外的空間區(qū)域，為 真空或接近真空的環(huán)境，且在太陽照射面溫度可高達(dá)500°C，但是在陰影面溫度W及遠(yuǎn)離恒 星的地方其表面最低接近絕對零度;而對于儀合金的性能研究過程中發(fā)現(xiàn)儀合金的屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度隨著溫度降低逐漸上升，但是延展率逐漸下降。
[0004] 延展性和延伸率是息息相關(guān)的，其實(shí)是反映材料的塑性，所謂塑性，在壓力容器反 面講是材料在外力作用下能承受多大的塑性變形而不出現(xiàn)裂紋的性能。實(shí)踐證明，在較低 溫度下工作時，往往出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂。其實(shí)造成運(yùn)種結(jié)果的原因有兩個，一個是隨著溫 度的降低，材料的塑性性能有所下降，第二是材料內(nèi)部難免有某些微觀缺陷，比如微小裂 紋。儀合金零件塑性的降低，則會導(dǎo)致其在真空低溫環(huán)境下斷裂幾率加大，運(yùn)在外太空使用 時會大大降低設(shè)備的使用壽命，可能會突然造成意外事故，造成巨額損失W及危害宇航員 的生命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耐低溫環(huán)境的儀合金 及其制備方法，改善了儀合金在低溫環(huán)境下的延展性，降低了儀合金制件在低溫環(huán)境下脆 性斷裂的幾率。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0007] -種耐低溫環(huán)境的儀合金，所述儀合金中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：
[000引 Al: 1.2 ~2%;
[0009] 稀±元素：1~3.5%;
[0010] Ag:0.9~3.5%;
[0011] Zr:0.2 ~2%;
[0012] 余量為Mg。
[0013] 進(jìn)一步的，所述稀±元素包括Nd和Y。
[0014] 進(jìn)一步的，所述儀合金中Nd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1~3.4%，所述儀合金中Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 0.1 ~3.4%。
[0015] -種耐低溫環(huán)境的儀合金的制備方法，包括如下步驟：
[0016] 1)按照上述儀合金中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取儀錠、侶錠、儀錠中間合金、儀欽中間 合金、錯錠和銀錠，對設(shè)備進(jìn)行清掃并保持干燥；
[0017] 2)將儀錠放入石墨相蝸，石墨相蝸放入井式電阻爐內(nèi)，對石墨相蝸內(nèi)噴吹保護(hù)氣 體并開始烙煉；
[0018] 3)待儀錠烙化后，保持烙體溫度為74(TC，向烙體內(nèi)加入銀錠和侶錠，攬拌均勻后 對烙體進(jìn)行升溫至745°C~755°C后加入儀錠中間合金和儀欽中間合金，再次攬拌均勻，最 后對烙體進(jìn)行升溫至760°C~775°C后加入錯錠，攬拌均勻后靜置5~lOmin。
[0019] 4)對烙體表面進(jìn)行化渣，并對烙體進(jìn)行降溫，待烙體溫度降至74(TC后倒入模具中 進(jìn)行誘鑄制得儀合金鑄件；
[0020] 5)對儀合金鑄件進(jìn)行熱處理得到最終的儀合金。
[0021] 進(jìn)一步的，所述步驟2)中保護(hù)氣體為純度99.9%的氣氣。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟3)中加入錯錠之前對錯錠進(jìn)行粉末化處理，使得錯錠成為顆 粒狀錯粉，且其粒度為0.1 mm~Imm。
[0023] 進(jìn)一步的，所述錯粉加入烙體的方法為均勻撒在烙體表面，然后通過攬拌設(shè)備對 烙體攬拌2min。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟4)誘鑄過程中對模具施加超聲波振動。
[0025] 進(jìn)一步的，對誘鑄過程中的鑄件溫度進(jìn)行監(jiān)測，將超聲波換能器與模具接觸，當(dāng)鑄 件溫度冷卻至650°C~740°C時，超聲波換能器施加超聲波頻率為40KHZ，當(dāng)鑄件溫度冷卻至 550°C~650°C時，超聲波換能器施加超聲波頻率為SOIfflz。
[0026] 進(jìn)一步的，所述步驟5)的熱處理過程為首先儀合金鑄件通過石墨粉覆蓋，再將儀 合金鑄件放入低溫箱式電阻爐，保持溫度為330°C~360°C，時間為1~化，再升溫至530°C~ 560°C，保持8~化，再降溫至170°C~180°C，保持30~40h，最后取出進(jìn)行室溫水冷。
[0027] 進(jìn)一步的，所述室溫保證溫度在18°C~24°C。
[0028] 本發(fā)明針對的主要問題是真空低溫環(huán)境下儀合金的延展性，儀的滑移系少是造成 其塑性變形能力差得原因，較高溫度下晶體中可W產(chǎn)生額外的滑移，使得儀在溫度升高時 塑性增強(qiáng)，但是低溫下延展性較差，雖然屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都得到提升，但是該種儀合金 在外太空使用時容易出現(xiàn)脆性斷裂。在儀錠烙化之后加入銀錠，可W使得儀合金晶體中軸 比降低，從而激活棱柱滑移系，保證儀合金在低溫環(huán)境下仍有較好的延展性。
[0029] 稀±欽在儀合金中與侶形成新的化合物AhiNds,降低Mgi7Ali2相的數(shù)量和尺寸，使 其由不連續(xù)的網(wǎng)狀分布變?yōu)閺浬⒎植迹苡行ё璧K晶界滑動和裂紋擴(kuò)展，從而細(xì)化合金組 織，使儀合金的力學(xué)性能得到提升。稀±錠具有細(xì)化晶粒的作用，增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度W及改善蠕 變性能，還能夠改善腐蝕，彌補(bǔ)銀在儀合金中的缺陷。在烙煉中，稀±錠通過結(jié)晶前沿過冷 度的增大細(xì)化了鑄造晶粒組織，且在熱加工過程中W及退火過程中阻礙再結(jié)晶和晶粒長 大，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)化儀及儀合金晶粒的目的，增加儀合金的合金性能。
[0030] 錯在儀合金中是最有效的晶粒細(xì)化劑，還能對烙體中的雜質(zhì)進(jìn)行清除，增強(qiáng)儀合 金的抗拉強(qiáng)度，改善其抗腐蝕性。因此在本發(fā)明中最后添加錯粉，且錯的添加是通過粉末狀 添加，將錯粉均勻撒在烙體表面，攬拌兩分鐘便可讓錯均勻散布在烙體內(nèi)，對氣體W及化等 雜質(zhì)進(jìn)行清除，可W加快最后一步的速度，避免儀合金過燒使得氧化嚴(yán)重。
[0031] 對于誘鑄過程中的鑄件溫度監(jiān)測可采用紅外溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)非接觸式溫度采 集，超聲波換能器通過超聲波發(fā)生器進(jìn)行控制，對超聲波的頻率進(jìn)行改變。誘鑄過程施加超 聲波對儀合金的性能提高具有很大的促進(jìn)作用，當(dāng)儀合金溫度很高且還在烙融狀態(tài)時對其 施加的超聲波頻率較大，超聲波在傳播時會產(chǎn)生正負(fù)交變的聲壓，從而產(chǎn)生空化效應(yīng)，達(dá)到 凈化組織、細(xì)化晶粒，攬拌烙液使組織均勻化的作用；當(dāng)儀合金鑄件溫度降低至開始凝固 時，超聲波的頻率適當(dāng)增加振幅適當(dāng)減小，一方面保證鑄件表面的光滑度，另一方面提高儀 合金烙液的有效過冷度，減小了臨界晶核半徑，從而增加形核率，細(xì)化晶粒，增強(qiáng)合金的力 學(xué)性能。
[0032] 本發(fā)明的有益效果：
[0033] 1、通過儀合金中添加銀增強(qiáng)了其室溫延展性W及低溫延展性，與現(xiàn)有的儀合金相 比，進(jìn)行Imm/min的拉伸試驗(yàn)中，在溫度為(TC時，本發(fā)明儀合金延伸率29.8%，抗拉強(qiáng)度為 362MPa，市面上流通的AZ31B儀合金延伸率為17.4 %，抗拉強(qiáng)度為265MPa，在溫度為-196 °C 時，本發(fā)明儀合金延伸率10.6%，抗拉強(qiáng)度為4861?曰，市面上流通的42318儀合金延伸率為 3.8%，抗拉強(qiáng)度為301MPa，大大降低了低溫環(huán)境下儀合金零件的斷裂幾率，提高外太空使 用了該儀合金設(shè)備的壽命，降低了其故障率；
[0034] 2、加入的稀±元素在儀合金烙體中具有除氨、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用， 達(dá)到除氣精煉、凈化烙體的效果;稀±元素可W細(xì)化合金組織，使儀合金的力學(xué)性能得到提 升;且稀±元素在儀合金中具有較高的固溶度，稀±原子溶入儀基體中，增強(qiáng)原子間的結(jié)合 力，使基體產(chǎn)生晶格崎變，減慢原子擴(kuò)散速率，阻礙位錯運(yùn)動，從而強(qiáng)化基體，提高合金的強(qiáng) 度和高溫蠕變性能；
[0035] 3、加入錯粉易于快速烙入儀合金烙體內(nèi)，對烙體起到最后的雜物清除作用，并能 顯著提高儀合金的合金性能W及抗腐蝕性，避免加入銀之后導(dǎo)致儀合金抗腐蝕性較差，再 由于真空環(huán)境下合金的抗腐蝕性都能得到提高，可W使得本發(fā)明儀合金無需再顧慮腐蝕問 題，利于儀合金制件的安全長久工作。
[0036] 4、通過在誘鑄過程中對模具施加超聲波振動，并將超聲波傳至儀合金內(nèi)部，細(xì)化 鑄巧的晶粒，進(jìn)而改善合金的塑性和延展性，使得儀合金具備更高的延展性來適應(yīng)低溫環(huán) 境。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步清楚闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā) 明的保護(hù)內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例，【具體實(shí)施方式】如下：
[003引實(shí)施例一
[0039] 本實(shí)施例一種耐低溫環(huán)境的儀合金，所述儀合金中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：
[0040] Al:1.3%;Nd:0.5%;Y:0.5%;Ag:l%;Zr:0.3%;余量為 Mgo
[0041] -種耐低溫環(huán)境的儀合金的制備方法，包括如下步驟：
[0042] 1)按照上述儀合金中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取儀錠、侶錠、儀錠中間合金、儀欽中間 合金、錯錠和銀錠，對設(shè)備進(jìn)行清掃并保持干燥；
[0043] 2)將儀錠放入石墨相蝸，石墨相蝸放入井式電阻爐內(nèi)，對石墨相蝸內(nèi)噴吹保護(hù)氣 體并開始烙煉，保護(hù)氣體為純度99.9 %的氣氣；
[0044] 3)待儀錠烙化后，保持烙體溫度為74(TC