一种制备az31-re变形镁合金的方法
【专利摘要】本发明提供了一种制备AZ31?RE变形镁合金的方法，涉及合金技术领域。该方法包括以下步骤：a.将第一屑料与第二屑料混合，然后冷压，得到坯料；第一屑料为AZ31镁合金的屑料，第二屑料为Mg?RE中间合金的屑料，第一屑料与第二屑料的质量比为4～299:1；b.对坯料进行热挤压，然后冷压；热挤压包括将所述坯料在350～400℃下保温10～20min；c.重复至少一次步骤b，然后再次进行步骤b的热挤压。本发明提供的制备AZ31?RE变形镁合金的方法能够有效减少原料的氧化，降低原料烧损率，而且能够有效的降低对环境的污染。
【专利说明】
一种制备AZ31-RE变形镆合金的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及合金技术领域，具体而言，涉及一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法。
【背景技术】
[0002] AZ31是镁合金中应用最广泛的变形镁合金，其具有细小致密的组织、高的强度和 好的延展性，适合于塑性变形加工，如挤压、冲压、乳制、锻造、拉拔等，其在汽车、国防军工、 航空、航天、电子等工业领域有着显著的优势，显示出极大的应用前景。
[0003] AZ31镁合金的合金元素含量较低，第二相Mgi7Ali2数量少，无法通过热处理强化。 通常通过加入稀土Nd、Ce、Y、La等元素来提高AZ31镁合金的性能，即制备AZ31-RE变形镁合 金。加入稀土元素后，在AZ31镁合金中，稀土元素能够与Mg、Al以及其它合金元素(如Zn、Zr、 Mn)生成镁稀土强化相和稳定相，如此，不仅能够提高合金的室温力学性能，而且在高温时 能钉扎晶内位错和晶界滑移，显著改善了合金高温力学性能。此外，稀土加入AZ31镁合金 中，还能促进合金表面氧化膜由疏松变为致密，降低合金在液态和固态下的氧化倾向，提升 合金的耐蚀性、耐磨性等。由于AZ31镁合金中加入稀土元素后，综合性能得到大大提高，所 以含有稀土元素的AZ31-RE变形镁合金广受欢迎。
[0004] 而目前，AZ31-RE变形镁合金的制备方法都是先采用熔化精炼法加入稀土元素，再 塑性加工成形。然而，在熔化精炼过程中，需要添加覆盖剂、精炼剂或者其它气氛进行特殊 保护，如此，就会导致大量的材料被氧化和烧损，大量的镁残留在废渣中，稀土元素原始添 加量和实际产品含量不一致。而且，熔化设备的精度要求高，安全系数低，对环境污染也严 重。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，此方法能够有效减 少原料的氧化，降低原料烧损率，而且能够有效的降低对环境的污染。
[0006] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
[0007] 一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：
[0008] a.将第一肩料与第二肩料混合，然后冷压，得到坯料；
[0009] 第一肩料为AZ31镁合金的肩料，第二肩料为Mg-RE中间合金的肩料，第一肩料与第 二肩料的质量比为4~299:1;
[0010] b.对坯料进行热挤压，然后冷压；
[0011] 热挤压包括将坯料在350~400°C下保温10~20min;
[0012] c.重复至少一次步骤b，然后再次进行步骤b的热挤压。
[0013] 优选地，在本发明较佳实施例中，上述第一肩料的大小为(0.01~13)mmX(0.01~ 5.9)mmX (0.01 ~1.65)mm。
[0014]优选地，在本发明较佳实施例中，上述第二肩料的大小为(0.01~5.5)mmX(0.01 ~2.5)mmX (0.01 ~1.55)mm〇
[0015] 优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤a中，冷压的方法为:在180~350MPa下 压制20~60s。
[0016]优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，还料以10~20°C/min的速度加热 至 350 ~400°C。
[0017]优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，热挤压的挤压条件为:挤压速度为 0 ? 2~0 ? 5mm/s，挤压比为25~35:1。
[0018] 优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，冷压的方法为:在300~400MPa下 压制20~60s。
[0019] 优选地，在本发明较佳实施例中，上述步骤b中，在热挤压之后，在冷压之前，还包 括:将坯料切割成长度为5~20mm的短合金棒材。
[0020] 优选地，在本发明较佳实施例中，AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含 量为0.1~4%。
[0021] 优选地，在本发明较佳实施例中，上述Mg-RE中间合金中，稀土元素为镧系元素、 钪、钇中的一种或多种。
[0022] 相对于现有技术，本发明包括以下有益效果:本发明通过在固相温度区间进行塑 性加工，来制得AZ31-RE变形镁合金。制备过程中，只需要将原料肩料进行形变处理，而无需 往原料中添加助剂、进行熔化处理，如此，本发明提供的方法就能够有效降低甚至避免原料 的氧化(特别是镁的氧化)或烧损，降低镁的残留率以及工业废料的产生概率，其中稀土元 素原始添加量和实际产品含量一致，实收率达100%，整个制备方法环保节能，而且能够降 低生产成本。
[0023]另外，在利用本发明提供的制备方法制备AZ31-RE变形镁合金的过程中，由于经过 多次冷压、热挤压处理，AZ31镁合金塑性变形较大，材料进行回复和再结晶，所以晶粒得到 显著细化，而稀土元素的弥散强化，使得AZ31-RE变形镁合金中生成镁稀土强化相和稳定 相，进一步提尚了合金的性能。
【附图说明】
[0024]为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1是本发明实施例一提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法中使用的冷压模具 的剖视示意图；
[0026]图2是本发明实施例一提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法中使用的挤压模具 的剖视示意图。
[0027] 其中，附图标记汇总如下：
[0028]冷压模具1〇〇;挤压模具200;
[0029] 冷压冲头101;冷压内套筒102;冷压套筒103;压垫104;
[0030]挤压冲头201;挤压内套筒202;挤压套筒203;型模204。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中 的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建 议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产 品。
[0032] 下面对本发明实施例的制备AZ31-RE变形镁合金的方法进行具体说明。
[0033]制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：
[0034] 步骤a:将第一肩料与第二肩料混合，然后冷压，得到坯料；
[0035] 第一肩料为AZ31镁合金的肩料，第二肩料为Mg-RE中间合金的肩料，第一肩料与第 二肩料的质量比为4~299:1。
[0036] 在步骤a之前，还可以包括预处理:对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工。 可以利用车床或铣床将AZ31镁合金加工成大小为(0.01~13)mmX(0.01~5.9)mmX(0.01 ~1.65 )mm的第一肩料，可以利用车床或铣床将Mg-RE中间合金加工成大小为（0.01~ 5.5謹）X (0.01~2.5)謹X (0.01~1.55)謹的第二肩料。经过前期加工，使AZ31镁合金和 Mg-RE中间合金成为细碎的肩料，上述大小程度的第一肩料、第二肩料能够保证压制成型的 可实施性和便利性。
[0037] 上述第一肩料的大小优选为（〇 .01~6)mmX(0.01~4.5)mmX(0.01~0.12)mm、 (1.6~13)mmX (0.8~3.5)mmX (0? 12~0? 5)mm和（3? 5~8)mmX (2.3~5.9)mmX (0.5~ 1 ? 65)mm〇
[0038] 在将第一肩料与第二肩料混合后，在冷压之前，可以进行进一步的破碎研磨，优选 利用球磨机来实现。球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。进一步的破碎研磨 能够细化物料，有助于后期的冷压成型。球磨机的筒体中还可以装入直径为20~40mm的钢 球作为研磨介质，帮助研磨，钢球的装入量可以为整个筒体有效容积的20~30%。
[0039] 上述步骤中的冷压的方法为:在180~350MPa下压制20~60s。操作时，先将冷压模 具组合好，然后将混合后的第一肩料和第二肩料装入冷压模具的冷压内套筒中，进行冷压。 冷压是在室温下以一定的压力压合肩料、排除其中空气，以制得坯料的方法。
[0040] Mg-RE中间合金的"RE"表示稀土元素，稀土元素为镧系元素、钪、钇中的一种或多 种。
[0041 ]制备AZ31-RE变形镁合金的方法包括步骤b:对坯料进行热挤压，然后冷压;热挤压 包括将坯料在350~400°C下保温10~20min;。
[0042] 上述步骤中，坯料以10~20 °C/min的速度加热至350~400°C。热挤压的挤压条件 为:挤压速度为〇. 2~0.5mm/s，挤压比为25~35:1。在进行热挤压时，可以先将挤压模具组 合好，接着将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装入了坯料的挤压模具放入电阻 炉中逐渐加热，在保温时间足够后，快速的取出挤压模具，将其放置于挤压机工作台上，以 0.2~0.5mm/s的挤压速度、25~35:1的挤压比将坯料挤压成合金棒。
[0043]在步骤b中，在热挤压之后，在冷压之前，还包括:将热挤压后的合金棒捆绑成捆， 然后切割成长度为5~20mm的短合金棒材。在热挤压之后，合金棒可能较长，此种短切处理， 能够方便后续操作，将短合金棒材放置在一起，有利于冷压成型。
[0044] 而步骤b中的冷压的方法为:在300~400MPa下压制20~60s。同样，操作时也可以 先将冷压模具组合好，然后将短合金棒材放入冷压模具的冷压内套筒中，进行压制。
[0045] 制备AZ31-RE变形镁合金的方法包括步骤c:重复至少一次步骤b，然后再次进行步 骤b的热挤压。
[0046] 步骤c中的操作有利于制得组织均匀、性能好的AZ31-RE变形镁合金。
[0047] 本发明可以充分利用现有市场可购的球磨机、压力机、挤压机、冷压模具、挤压模 具来完成整个操作，易于得到，使用方便，有利于本发明的实施。但上述制备方法中所提到 的机械设备均不作为限制，也可以选用其它的设备。
[0048]制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1~4%。
[0049]以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
[0050] 实施例一
[00511本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的过程中使用了冷压模具100和挤压模 具200,参见图1和图2。其中，冷压模具100包括冷压冲头101、冷压内套筒102、冷压套筒103 和压垫104;挤压模具200包括挤压冲头201、挤压内套筒202、挤压套筒203和型模204。冷压 冲头101的直径比挤压冲头201的直径小4mm，冷压内套筒102的内径比挤压内套筒202的内 径小4mm。
[0052]本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：
[0053] a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工：利用车床将AZ31镁合金加工成 大小为5mmX 3mmX 0 ? 8mm的第一肩料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为3mm X 1 ? 5mm X 0.7mm的第二肩料，Mg-RE中间合金的稀土的质量百分含量为20 %，RE为钕(Nd)、铈(Ce)、 钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、钆(Gd)和钐(Sm)，第一肩料与第二肩料的质量比为4:1;
[0054] b.球磨机上研磨混料:按照配比，将AZ31镁合金肩料和Mg-RE中间合金肩料在球磨 机上破碎研磨，制得含稀土的混合肩料；
[0055] c.冷压混合肩料:将冷压模具100组合好，然后将混合肩料放入冷压模具100的冷 压内套筒102中，在260MPa下压制40s，得到坯料；
[0056] d.挤压成型：将挤压模具200组合好，将坯料放入挤压模具200的挤压内套筒202 中，然后将装入了坯料的挤压模具200放置于电阻炉中，以15°C/min的速度加热，直至温度 为380°C，再保温15min;
[0057]接着将挤压模具200快速取出，放到挤压机工作台上，以0.35的挤压速度、30:1的 挤压比进行挤压，得到合金棒；
[0058] e.合金棒的机械加工：将合金棒捆绑成捆，然后将成捆的合金棒切割成长度为 13mm的短合金棒材；
[0059] f.冷压短合金棒材:将冷压模具100组合好，将短合金棒材放入冷压模具100的冷 压内套筒102中，在350MPa下压制40s;
[0060] g.重复步骤d、步骤e和步骤f，然后再重复步骤d。
[0061] 制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为4%。
[0062] 实施例二
[0063 ]本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中步骤a的AZ31镁合金加工的 大小不同于实施例一，其余步骤均与实施例相同。本实施例中，AZ31镁合金加工的大小为 3mm X 2.2mm X 0.5mm〇
[0064] 实施例三
[0065] 本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中第一肩料与第二肩料的质 量比与实施例一不同，其余步骤均与实施例相同。本实施例中，第一肩料与第二肩料的质量 比为99.5:0.5，制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1 %。
[0066] 实施例四
[0067]本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其中步骤b中，球磨机筒体内装 入直径为30mm的钢球作为研磨介质，装入量为整个球磨机筒体有效容积的25%，这一点与 实施例一不同，其余步骤均与实施例相同。
[0068] 实施例五
[0069]本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：
[0070] a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工:利用车床将AZ31镁合金加工成 大小为0.01mm X 5.9mm X 0.01mm的第一肩料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为 0.01111111\2.5111111\0.01111111的第二肩料，1%-1^中间合金的稀土的质量百分含量为25%，1^为 钕(Nd)、铈(Ce)、钇(Y)、镧(La)、钪(Sc)、钆(Gd)和钐(Sm)，第一肩料与第二肩料的质量比为 6:1；
[0071 ] b.球磨机上研磨混料:按照配比，将AZ31镁合金肩料和Mg-RE中间合金肩料在球磨 机上破碎研磨，制得含稀土的混合肩料；
[0072] c.冷压混合肩料:将冷压模具组合好，然后将混合肩料放入冷压模具的冷压内套 筒中，在180MPa下压制60s，得到坯料；
[0073] d.挤压成型:将挤压模具组合好，将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装 入了坯料的挤压模具放置于电阻炉中，以l〇°C/min的速度加热，直至温度为350°C，再保温 lOmin；
[0074] 接着将挤压模具快速取出，放到挤压机工作台上，以0.2的挤压速度、25 :1的挤压 比进行挤压，得到合金棒；
[0075] e .冷压合金棒:将冷压模具组合好，将合金棒放入冷压模具的冷压内套筒中，在 300MPa 下压制 60s;
[0076] f.重复步骤d和步骤e，然后再重复步骤d。
[0077]制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为3.57%。
[0078]实施例六
[0079]本实施例提供的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，包括以下步骤：
[0080] a.对AZ31镁合金和Mg-RE中间合金进行机械加工:利用车床将AZ31镁合金加工成 大小为13mm X 0.0 lmmX 1.65mm的第一肩料，利用车床将Mg-RE中间合金加工成大小为5.5mm XO.OlmmX 1.55mm的第二肩料，Mg-RE中间合金的稀土的质量百分含量为30%，RE为钕 (制）、铈((^)、钇(￥)、镧〇^)、钪(5(：)、钆(6(1)和钐(5111)，第一肩料与第二肩料的质量比为 299:1；
[0081 ] b.球磨机上研磨混料:按照配比，将AZ31镁合金肩料和Mg-RE中间合金肩料在球磨 机上破碎研磨，制得含稀土的混合肩料；
[0082] c.冷压混合肩料:将冷压模具组合好，然后将混合肩料放入冷压模具的冷压内套 筒中，在350MPa下压制20s，得到坯料；
[0083] d.挤压成型:将挤压模具组合好，将坯料放入挤压模具的挤压内套筒中，然后将装 入了坯料的挤压模具放置于电阻炉中，以20°C/min的速度加热，直至温度为400°C，再保温 20min；
[0084] 接着将挤压模具快速取出，放到挤压机工作台上，以0.5的挤压速度、35 :1的挤压 比进行挤压，得到合金棒；
[0085] e.合金棒的机械加工：将合金棒捆绑成捆，然后将成捆的合金棒切割成长度为 20mm的短合金棒材；
[0086] f.冷压短合金棒材:将冷压模具组合好，将短合金棒材放入冷压模具的冷压内套 筒中，在400MPa下压制20s;
[0087] g.重复步骤d、步骤e和步骤f，然后再重复步骤d。
[0088]制得的AZ31-RE变形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为0.1%。
[0089]本发明的上述实施例还进行过试验，与现有技术（即先采用熔化精炼法加入稀土 元素，再一次挤压成型的方法，【[1]陈振华，严红革，陈吉华，全亚杰，王慧敏，陈鼎.《镁合 金》.北京:化学工业出版社.2004年7月.64-88页(镁合金的熔炼与浇注）；255-261页(镁合 金的挤压成型）】)相比，优势具体如下：
[0090] 表1制备过程中原料损耗量（以Nd、Ce、Y为例）
[0093]表2制备过程中产生污染物质
[0095]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，包括以下步骤： a. 将第一肩料与第二肩料混合，然后冷压，得到坯料； 所述第一肩料为AZ31镁合金的肩料，所述第二肩料为Mg-RE中间合金的肩料，所述第一 肩料与所述第二肩料的质量比为4~299:1; b. 对所述坯料进行热挤压，然后冷压； 所述热挤压包括将所述坯料在350~400 °C下保温10~20min; c. 重复至少一次所述步骤b，然后再次进行步骤b的所述热挤压。2. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述第一肩料 的大小为(0.01 ~13)mmX (0.01 ~5.9)mmX (0.01 ~1.65)mm。3. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述第二肩料 的大小为(0.01 ~5.5)mmX (0.01 ~2.5)mmX (0.01 ~1.55)mm。4. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤a中， 所述冷压的方法为:在180~350MPa下压制20~60s。5. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中， 所述坯料以10~20°C/min的速度加热至350~400°C。6. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中， 所述热挤压的挤压条件为:挤压速度为〇. 2~0.5mm/s，挤压比为25~35:1。7. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中， 所述冷压的方法为:在300~400MPa下压制20~60s。8. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述步骤b中， 在所述热挤压之后，在所述冷压之前，还包括:将所述坯料切割成长度为5~20mm的短合金 棒材。9. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述AZ31-RE变 形镁合金中，稀土元素的质量百分含量为〇. 1~4%。10. 根据权利要求1所述的制备AZ31-RE变形镁合金的方法，其特征在于，所述Mg-RE中 间合金中，稀土元素为镧系元素、钪、钇中的一种或多种。
【文档编号】C22C23/02GK105821226SQ201610374009
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】胡茂良, 王殿君, 许红雨, 王晔, 吉泽升
【申请人】哈尔滨理工大学