一种耐低温环境的镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及儀合金技术领域，具体设及一种耐低溫环境的儀合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 儀合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度高、比刚度高、抗震性好、电磁屏蔽 性能优异、可回收性好等优点，在汽车、便携工具、电子工业、航空航天等领域有广阔的应用 前景。我国拥有世界上最为丰富的儀资源，发展儀合金制备加工技术对实现从儀资源优势 向经济优势的转化具有重要意义。
[0003] 随着儀合金在社会中应用的越来越广泛，对于儀合金在高溫环境下合金性能的保 持与提升研究越来越多，但是儀合金在航空航天领域中还会处于低溫真空环境。因为儀合 金的高性能和低密度，使得儀合金所制成的各种零件在卫星、宇宙飞船、各种探测器中使用 的越来越多，该零件长期处于外太空中，外太空指的是地球稠密大气层之外的空间区域，为 真空或接近真空的环境，且在太阳照射面溫度可高达500°C，但是在阴影面溫度W及远离恒 星的地方其表面最低接近绝对零度;而对于儀合金的性能研究过程中发现儀合金的屈服强 度和抗拉强度随着溫度降低逐渐上升，但是延展率逐渐下降。
[0004] 延展性和延伸率是息息相关的，其实是反映材料的塑性，所谓塑性，在压力容器反 面讲是材料在外力作用下能承受多大的塑性变形而不出现裂纹的性能。实践证明，在较低 溫度下工作时，往往出现低应力脆性断裂。其实造成运种结果的原因有两个，一个是随着溫 度的降低，材料的塑性性能有所下降，第二是材料内部难免有某些微观缺陷，比如微小裂 纹。儀合金零件塑性的降低，则会导致其在真空低溫环境下断裂几率加大，运在外太空使用 时会大大降低设备的使用寿命，可能会突然造成意外事故，造成巨额损失W及危害宇航员 的生命。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种耐低溫环境的儀合金 及其制备方法，改善了儀合金在低溫环境下的延展性，降低了儀合金制件在低溫环境下脆 性断裂的几率。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0007] -种耐低溫环境的儀合金，所述儀合金中各元素的质量分数为：
[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] 余量为Mg。
[0013] 进一步的，所述稀±元素包括Nd和Y。
[0014] 进一步的，所述儀合金中Nd的质量分数为0.1~3.4%，所述儀合金中Y的质量分数 为 0.1 ~3.4%。
[0015] -种耐低溫环境的儀合金的制备方法，包括如下步骤：
[0016] 1)按照上述儀合金中各元素的质量分数称取儀锭、侣锭、儀锭中间合金、儀钦中间 合金、错锭和银锭，对设备进行清扫并保持干燥；
[0017] 2)将儀锭放入石墨相蜗，石墨相蜗放入井式电阻炉内，对石墨相蜗内喷吹保护气 体并开始烙炼；
[0018] 3)待儀锭烙化后，保持烙体溫度为74(TC，向烙体内加入银锭和侣锭，揽拌均匀后 对烙体进行升溫至745°C~755°C后加入儀锭中间合金和儀钦中间合金，再次揽拌均匀，最 后对烙体进行升溫至760°C~775°C后加入错锭，揽拌均匀后静置5~lOmin。
[0019] 4)对烙体表面进行化渣，并对烙体进行降溫，待烙体溫度降至74(TC后倒入模具中 进行诱铸制得儀合金铸件；
[0020] 5)对儀合金铸件进行热处理得到最终的儀合金。
[0021] 进一步的，所述步骤2)中保护气体为纯度99.9%的氣气。
[0022] 进一步的，所述步骤3)中加入错锭之前对错锭进行粉末化处理，使得错锭成为颗 粒状错粉，且其粒度为0.1 mm~Imm。
[0023] 进一步的，所述错粉加入烙体的方法为均匀撒在烙体表面，然后通过揽拌设备对 烙体揽拌2min。
[0024] 进一步的，所述步骤4)诱铸过程中对模具施加超声波振动。
[0025] 进一步的，对诱铸过程中的铸件溫度进行监测，将超声波换能器与模具接触，当铸 件溫度冷却至650°C~740°C时，超声波换能器施加超声波频率为40KHZ，当铸件溫度冷却至 550°C~650°C时，超声波换能器施加超声波频率为SOIfflz。
[0026] 进一步的，所述步骤5)的热处理过程为首先儀合金铸件通过石墨粉覆盖，再将儀 合金铸件放入低溫箱式电阻炉，保持溫度为330°C~360°C，时间为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，最后取出进行室溫水冷。
[0027] 进一步的，所述室溫保证溫度在18°C~24°C。
[0028] 本发明针对的主要问题是真空低溫环境下儀合金的延展性，儀的滑移系少是造成 其塑性变形能力差得原因，较高溫度下晶体中可W产生额外的滑移，使得儀在溫度升高时 塑性增强，但是低溫下延展性较差，虽然屈服强度和抗拉强度都得到提升，但是该种儀合金 在外太空使用时容易出现脆性断裂。在儀锭烙化之后加入银锭，可W使得儀合金晶体中轴 比降低，从而激活棱柱滑移系，保证儀合金在低溫环境下仍有较好的延展性。
[0029] 稀±钦在儀合金中与侣形成新的化合物AhiNds,降低Mgi7Ali2相的数量和尺寸，使 其由不连续的网状分布变为弥散分布，能有效阻碍晶界滑动和裂纹扩展，从而细化合金组 织，使儀合金的力学性能得到提升。稀±锭具有细化晶粒的作用，增强抗拉强度W及改善蠕 变性能，还能够改善腐蚀，弥补银在儀合金中的缺陷。在烙炼中，稀±锭通过结晶前沿过冷 度的增大细化了铸造晶粒组织，且在热加工过程中W及退火过程中阻碍再结晶和晶粒长 大，从而实现细化儀及儀合金晶粒的目的，增加儀合金的合金性能。
[0030] 错在儀合金中是最有效的晶粒细化剂，还能对烙体中的杂质进行清除，增强儀合 金的抗拉强度，改善其抗腐蚀性。因此在本发明中最后添加错粉，且错的添加是通过粉末状 添加，将错粉均匀撒在烙体表面，揽拌两分钟便可让错均匀散布在烙体内，对气体W及化等 杂质进行清除，可W加快最后一步的速度，避免儀合金过烧使得氧化严重。
[0031] 对于诱铸过程中的铸件溫度监测可采用红外溫度传感器来实现非接触式溫度采 集，超声波换能器通过超声波发生器进行控制，对超声波的频率进行改变。诱铸过程施加超 声波对儀合金的性能提高具有很大的促进作用，当儀合金溫度很高且还在烙融状态时对其 施加的超声波频率较大，超声波在传播时会产生正负交变的声压，从而产生空化效应，达到 净化组织、细化晶粒，揽拌烙液使组织均匀化的作用；当儀合金铸件溫度降低至开始凝固 时，超声波的频率适当增加振幅适当减小，一方面保证铸件表面的光滑度，另一方面提高儀 合金烙液的有效过冷度，减小了临界晶核半径，从而增加形核率，细化晶粒，增强合金的力 学性能。
[0032] 本发明的有益效果：
[0033] 1、通过儀合金中添加银增强了其室溫延展性W及低溫延展性，与现有的儀合金相 比，进行Imm/min的拉伸试验中，在溫度为(TC时，本发明儀合金延伸率29.8%，抗拉强度为 362MPa，市面上流通的AZ31B儀合金延伸率为17.4 %，抗拉强度为265MPa，在溫度为-196 °C 时，本发明儀合金延伸率10.6%，抗拉强度为4861?曰，市面上流通的42318儀合金延伸率为 3.8%，抗拉强度为301MPa，大大降低了低溫环境下儀合金零件的断裂几率，提高外太空使 用了该儀合金设备的寿命，降低了其故障率；
[0034] 2、加入的稀±元素在儀合金烙体中具有除氨、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用， 达到除气精炼、净化烙体的效果;稀±元素可W细化合金组织，使儀合金的力学性能得到提 升;且稀±元素在儀合金中具有较高的固溶度，稀±原子溶入儀基体中，增强原子间的结合 力，使基体产生晶格崎变，减慢原子扩散速率，阻碍位错运动，从而强化基体，提高合金的强 度和高溫蠕变性能；
[0035] 3、加入错粉易于快速烙入儀合金烙体内，对烙体起到最后的杂物清除作用，并能 显著提高儀合金的合金性能W及抗腐蚀性，避免加入银之后导致儀合金抗腐蚀性较差，再 由于真空环境下合金的抗腐蚀性都能得到提高，可W使得本发明儀合金无需再顾虑腐蚀问 题，利于儀合金制件的安全长久工作。
[0036] 4、通过在诱铸过程中对模具施加超声波振动，并将超声波传至儀合金内部，细化 铸巧的晶粒，进而改善合金的塑性和延展性，使得儀合金具备更高的延展性来适应低溫环 境。
【具体实施方式】
[0037] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发 明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例，【具体实施方式】如下：
[003引实施例一
[0039] 本实施例一种耐低溫环境的儀合金，所述儀合金中各元素的质量分数为：
[0040] Al:1.3%;Nd:0.5%;Y:0.5%;Ag:l%;Zr:0.3%;余量为 Mgo
[0041] -种耐低溫环境的儀合金的制备方法，包括如下步骤：
[0042] 1)按照上述儀合金中各元素的质量分数称取儀锭、侣锭、儀锭中间合金、儀钦中间 合金、错锭和银锭，对设备进行清扫并保持干燥；
[0043] 2)将儀锭放入石墨相蜗，石墨相蜗放入井式电阻炉内，对石墨相蜗内喷吹保护气 体并开始烙炼，保护气体为纯度99.9 %的氣气；
[0044] 3)待儀锭烙化后，保持烙体溫度为74(TC