Mg₉₇Y₂Zn₁合金加锆增强法的制作方法

专利名称：Mg₉₇Y₂Zn₁合金加锆增强法的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属熔炼技术领域的方法，具体是一种Mg9j2Zm合金加
锆增强法。
背景技术：
镁合金是在汽车、航空航空工业上的有着广阔的应用前景。而这些行业中镁
合金结构件种类繁多、数量庞大，并且要求材料具有良好的力学性能。Mg97Y2Zni 合金以其高强度、良好的延伸率、高应变超塑性、良好的热稳定性、以及较好的 高温强度等满足汽车、航空航天工业的需求。目前多是采取工艺改进的思路对 Mg97Y2Zm合金进行增强，这种办法一方面提高了强度，但另一方面却使延伸率下 降。而向Mg97Y2Zm合金中添加锆元素改变其成分比，可以同时提高Mg97Y2Zi^合金
的强度和延伸率，全面改善其力学性能。
经对现有技术的文献检索发现，Kawamura Y.等在《Materials Transactions)) (材料学报一第42巻第7期第1172 1176页)上发表的"Rapidly solidified powder metallurgy Mg97ZruY2 alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa"(快速固化粉末方法冶炼具有600MPa以上超强延展性的Mg97ZmY2 合金)，该文中采用快速冷却和粉末冶金(RS P/M)条件下制取的Mg97Y2Zm合金具 有很高的强度并具有一定延伸率，分别是610MPa和5。/。。其不足在于虽然其强度 很高，但是限于快速冷却和粉末冶金法的加工设备和加工过程比较复杂，对外界 条件要求苛刻，无法在常温常压进行生产。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种Mg97Y2Zm合金加锆增强法， 提高其屈服强度和抗拉强度，实现Mg97Y2Zm合金的力学性能全面提高。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤 第一步、开电炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，并向柑埚中加入纯镁锭进行 熔化处理，然后向熔炼炉内通入SFe和C02的混合气体并升温加热，最后向熔炉中加入合金金属并保温处理，制成合金熔液； 所述的镁合金精炼剂是指RJ 2精炼剂。
RJ系列精炼剂为粉状颗粒，除气除渣效果较好。RJ-l精炼剂多用于纯铝及非 镁铝合金精炼；RJ-2精炼剂多用于高硅铝合金精炼。
所述的熔化处理是指将纯镁锭随炉升温120 180分钟；
所述的升温加热是指将坩埚升温至730 75(TC;
所述的保温处理是指将温度升到75(TC并且保温20 40分钟；
所述的混合气体中SFe和C02的质量百分比分别为0. 3y。SFe和99. 7%C02;
所述的向熔炉中加入合金金属是指向纯镁锭中加入纯锌金属、镁 25%钇 合金和纯锆金属，使所述的纯锌金属与纯镁锭的重量比为l: 27.905，所述的镁 25%钇合金与纯镁锭的重量比为1: 2.5652，所述的纯锆金属与纯镁锭的重量比分 别为l: 7980.9。
第二步、向合金熔液中加入镁合金精炼剂并进行混合搅拌后静置，使合金溶
液中的杂质充分下沉；
第三步、将合金熔液进行降温扒渣处理后浇铸至金属型铸模；
所述的降温扒渣处理是指将坩埚温度降至71(TC后进行扒渣。
第四步、将金属铸模中的合金模件取出进行挤压处理，获得具有增强性能的
加锆Mg^Y2Zm合金。
所述的挤压处理是指在25(TC环境下以6. 25: l的挤压比进行挤压。
与现有技术相比，本发明利用锆元素的细化合金晶粒、提高组织均匀的特性， 使得加锆Mg97Y2Zm合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提高到383. 23MPa、 425. 16MPa、 11.6%,全面提高了 Mg^LZru合金的力学性能。同时本发明方法采 用普通的熔炉及压铸设备即可生产，降低了生产难度，拓宽了应用范围。


图la至图ld为实施例合金铸态下的金相照片； 图2a至图2d为实施例挤压态的金相照片； 图3为实施例添加锆元素前后合金力学性能示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。 实施例一
第一步、开电炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，并向坩埚中加入纯镁锭随炉 升温120分钟后待镁锭开始熔化时向熔炼炉内通入SFe和C02的混合气体
(0.3%SF6， 99.7%C02)，当温度升到730。C后，向Mg97Y2Zm合金中分别加入纯锌、 Mg 25。/。Y和锆元素，使所述的纯锌金属与纯镁锭的重量比为1: 27.904，所述的 镁 25%钇合金与纯镁锭的重量比为1: 2.5653，所述的纯锆金属与纯镁锭的重 量比分别为l: 11106，然后将温度升到75(TC并且保温20分钟，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用镁合金精炼剂并搅拌2 4分钟并静置25 35 分钟，使杂质充分下沉。
第三步、将合金熔液降温至71(TC，扒渣后浇铸至金属型铸模。
第四步、25(TC下对(Mg97Y2Zn》99.82Zr。.^合金进行挤压比为6.25: 1挤压，得 到的合金的晶粒尺寸为60ym。
如图3所示，本实施例制备所得加锆MgwY2Zm合金的力学性能分别为延伸 率11.0%，屈服强度361. 37MPa，抗拉强度379. 85MPa。
实施例二
第一步、开电炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，并向坩埚中加入纯镁锭随炉 升温180分钟后待镁锭开始熔化时向熔炼炉内通入SFe和C02的混合气体 (0.3%SF6， 99.7%C02),当温度升到750。C后，向Mgg7Y2Zm合金中分别加入纯锌、 Mg 25。/。Y和锆元素，使所述的纯锌金属与纯镁锭的重量比为1: 27.904，所述的 镁 25%钇合金与纯镁锭的重量比为1: 2.5664,所述的纯锆金属与纯镁锭的重 量比分别为1: 9981. 2，然后将温度升到75(TC并且保温40分钟，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用镁合金精炼剂并搅拌2 4分钟并静置25 35 分钟，使杂质充分下沉。
第三步、将合金熔液降温至71(TC，扒渣后浇铸至金属型铸模。
第四步、250。C下对(Mg9j2Zrh)99.8Zr。.2合金进行挤压比为6.25: 1挤压，得到 的合金的晶粒尺寸为50ym左右。
如图3所示，本实施例制备所得加锆Mg97Y2Zm合金的力学性能分别为延伸率10.8%，屈服强度364. 15MPa，抗拉强度390. 72MPa。 实施例三
第一步、开电炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，并向坩埚中加入纯镁锭随炉 升温150分钟后待镁锭开始熔化时向熔炼炉内通入SFe和C02的混合气体 (0.3°/。SF6， 99.7%C02)，当温度升到740。C后，向Mg97Y2Zi^合金中分别加入纯锌、 Mg 25y。Y和锆元素，使所述的纯锌金属与纯镁锭的重量比为1: 27.905，所述的 镁 25%钇合金与纯镁锭的重量比为1: 2.5652，所述的纯锆金属与纯镁锭的重 量比分别为1: 7980. 9，然后将温度升到75(TC并且保温30分钟，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用镁合金精炼剂并搅拌2 4分钟并静置25 35 分钟，使杂质充分下沉。
第三步、将合金熔液降温至71(TC，扒渣后饶铸至金属型铸模。
第四步、250'C下对(MgwY2Zn》亂75Zr。.25合金进行挤压比为6.25: 1挤压，得 到的合金的晶粒尺寸为50ixm左右。
如图3所示，本实施例制备所得加锆Mg97Y2Zm合金的力学性能分别为延伸 率11.6%，屈服强度383. 23MPa，抗拉强度425. 16MPa。
如图1所示，显示Mg97Y2Zru和(Mg97Y2Zru)99.7sZr。.25合金的金相照片，在加入锆 元素后，晶粒进得到细化。
可见，锆对Mg Y Zn合金系的晶粒细化效果却是非常显著的。此外，加 入锆元素使Mg97Y2Zm合金的组织的均匀性得以提高，基体各处离晶界的距离都缩 短了，溶质原子在晶界上的富集现象大为缓解，晶内的精细条纹结构比未加锆元 素的合金要明显，而晶内的精细条纹结构对材料的力学性能有很大的关系，显然 这种微观组织的改善将使合金的力学性能大大提高。
如图2所示，显示实施例的挤压态金相照片，两种合金经过挤压后都发生了 部分再结晶。如图2a和图2b所示，挤压后的Mg97Y2Zm合金的X相比较粗大，而 且分布不均匀。而图2c和图2d可以看到，由于(Mg97Y2Zn》99.7sZr。.25合金原始组织 比较细，X相的分布比Mg97Y2Zm合金均匀，因此在挤压过程中其再结晶的形核点 也比Mg97Y2Zm合金多，所以其再结晶区域也比Mg97Y2Zm合金多，分布也比较均匀。
而原本粗大的x相尺寸变小了，这也使合金的塑性得到改善。
权利要求
1、一种Mg97Y2Zn1合金加锆增强法，其特征在于，包括以下步骤第一步、开电炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，并向坩埚中加入纯镁锭进行熔化处理，然后向熔炼炉内通入SF6和CO2的混合气体并升温加热，最后向熔炉中加入合金金属并保温处理，制成合金熔液；第二步、向合金熔液中加入镁合金精炼剂并进行混合搅拌后静置，使合金溶液中的杂质充分下沉；第三步、将合金熔液进行降温扒渣处理后浇铸至金属型铸模；第四步、将金属铸模中的合金模件取出进行挤压处理，获得具有增强性能的加锆Mg97Y2Zn1合金。
2、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加锆增强法，其特征是，所述的镁合金精炼剂是指RJ 2精炼剂。
3、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zn,合金加锆增强法，其特征是，所述的熔化 处理是指将纯镁锭随炉升温120 180分钟。
4、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加锆增强法，其特征是，所述的升温 加热是指将坩埚升温至730 75(TC 。
5、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zrii合金加锆增强法，其特征是，所述的保温 处理是指将温度升到750'C并且保温20 40分钟。
6、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加锆增强法，其特征是，所述的混合 气体中SF6和C02的质量百分比分别为0. 3%SFjfl99. 7%C02。
7、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加锆增强法，其特征是，所述的向熔 炉中加入合金金属是指向纯镁锭中加入纯锌金属、镁 25%钇合金和纯锆金属， 使所述的纯锌金属与纯镁锭的重量比为l: 27.905，所述的镁 25%紀合金与纯镁 锭的重量比为l: 2.5652，所述的纯锆金属与纯镁锭的重量比分别为l: 7980.9。
8、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加锆增强法，其特征是，所述的降温 扒渣处理是指将坩埚温度降至710 。C后进行扒渣。
9、 根据权利要求l所述的Mg97Y2Zn,合金加锆增强法，其特征是，所述的挤压 处理是指在250'C环境下以6. 25: l的挤压比进行挤压。
全文摘要
一种金属熔炼技术领域的Mg₉₇Y₂Zn₁合金加锆增强法，包括对纯镁锭进行熔化处理并加入合金金属制成合金熔液；向合金熔液中加入镁合金精炼剂；将合金熔液进行降温扒渣处理后浇铸至金属型铸模以及将合金模件取出进行挤压处理。本发明通过简化的步骤有效提高镁合金的屈服强度和抗拉强度，实现Mg₉₇Y₂Zn₁合金的力学性能全面提高。
文档编号C22C1/02GK101560622SQ20091005163
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者丁文江, 曾小勤, 凌 林, 彬 陈 申请人:上海交通大学;上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司