专利名称：Zn-Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种ai-Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法及工艺，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术：
镁合金由于具有资源丰富、比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、能屏蔽电磁辐射和易于再生利用等优点，被誉为“21世纪的绿色结构材料”。目前，虽然镁合金在汽车和航空航天等领域正逐步得到应用，但随着应用的不断深入，对镁合金的性能也提出了越来越高的要求。自上世纪90年代以来，虽然国内外对于镁合金的开发及应用已开展了广泛的研究，但一些阻碍镁合金大规模应用的技术瓶颈仍未得到根本解决，如镁合金常温和高温力学性能较低、塑性变形能力和耐腐蚀性能差等。因此，如何提高镁合金的综合性能已成为目前镁合金材料研究的一个重点和难点。众所周知，晶粒细化是提高金属材料综合力学性能和改善成形性等的重要手段。 对金属材料进行晶粒细化处理，不但有助于提高材料的综合力学性能和塑性变形能力，减少热裂和疏松等铸造缺陷，还有助于改善材料的耐腐蚀性能和机械加工性能。与其它金属结构材料一样，细化晶粒也是提高和改善镁合金力学性能、成形性能和加工性能最有效的途径之一。也正是看到晶粒细化对镁合金力学性能及成形和加工性能等的显著改善作用， 其研究一直受到国内外的广泛关注和高度重视。目前，国内外已研究和发现了较多的镁合金晶粒细化方法，其中采用较多的主要集中在微合金化、快速凝固和后续塑性加工大变形等方法上，而在这些晶粒细化方法中，又以微合金化方法应用最多和最为简单实用。Sr作为一种有效的晶粒细化用微合金化元素，目前在镁合金中的应用已开始起步。众所周知，添加纯Sr细化镁合金晶粒存在易氧化烧损和添加数量不易控制等问题。因此，Sr细化镁合金晶粒主要以Sr中间合金的形式添加。目前，国内外用于镁合金晶粒细化的Sr中间合金主要集中在Al-Sr和Mg-Sr中间合金上(其中又以Al-lOwt. %Sr和Mg-IO wt. %Sr中间合金居多)。已有的研究发现Sr中间合金细化镁合金晶粒的效率与Sr中间合金中的含Sr相在镁合金熔体中溶解和/或分解为游离态Sr的速率密切相关[Mingbo Yang, Fusheng Pan, Renju Cheng and Aitao Tang, Comparation about efficiency of Al-IOSr and Mg-IOSr master alloys to grain refinement of AZ31 magnesium alloy, Journal of Materials Science, 2007, 42:10074 - 10079]。一般而言，含Sr相在镁合金熔体中溶解和/或分解为游离态Sr的速率越快，细化效率越高。由于Al-Sr和Mg-Sr中间合金组织中含Sr相的熔化温度较高，其溶解和/或分解为游离态Sr的速率较慢，使得其细化镁合金晶粒的效率仍难以令人满意，从而使Sr作为镁合金晶粒细化用微合金化元素的应用受到一定程度的影响。因此，有必要研究开发细化效率更高的镁合金晶粒细化用其它Sr中间合金。但截止目前，关于其它Sr中间合金细化镁合金晶粒的调查还未见相关文献报道
发明内容
本发明的目的在于针对现有Al-Sr和Mg-Sr中间合金细化镁合金晶粒的效率相对较差这一不足，提出采用其它Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法，包括其细化工艺，以达到开发出细化效率更高的镁合金晶粒细化用Sr中间合金这一目的，从而进一步推动Sr作为晶粒细化用微合金化元素在镁合金中的应用进程。为了实现上述目的，本发明提出一种采用Si-Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法及细化工艺，在镁合金中通过添加ai-(58 7》Wt%Sr中间合金的方法，来细化镁合金的晶粒，并取得较Al-Sr和Mg-Sr中间合金更高的晶粒细化效率。本发明的细化工艺如下在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到740°C，加入Zn- (58 72) wt%Sr中间合金，Sr的加入量为炉料总重量的0. 05-0. 15% (重量百分比)。Zn-(58^72)wt%Sr中间合金加入后在740°C下将合金熔体保温5_10分钟， 然后对合金熔体进行搅拌，搅拌后升温到720-740°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5_10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面浮渣就可得细化效果良好的镁合金熔体。本发明采用Si-Sr中间合金细化镁合金晶粒的机理与Al-Sr和Mg-Sr中间合金细化镁合金晶粒的机理类似，首先均是中间合金中的含Sr相分解和/或溶解为游离态Sr，此后由于Sr在镁中固溶度低，凝固过程中生长界面前沿的液相中会出现Sr富集，影响了晶粒的生长动力学而导致晶粒细化；此外，由于Sr是表面活性元素，在晶粒生长界面上会形成含Sr吸附膜，导致晶粒生长速率降低，从而使得合金凝固时有更充足的时间产生更多的晶核而使晶粒细化。由于本发明采用的Si-(58-72)wt%Sr中间合金中的含Sr相主要为SiSr相，其熔化温度(稍高于400°C)比Al-Sr和Mg-Sr中间合金中的含Sr相(如Al-Sr中间合金中的 Al2Sr和Al7Sr8相，以及Mg-Sr中间合金中的Mg17Sr2、Mg38Sr9、M&3Sr6和M&Sr相)的熔化温度都低，使得相同条件下其在镁合金熔体中溶解和/或分解为游离态Sr的速率较快。相应地，其对镁合金晶粒的细化效率也更高。此外，由于采用的Si-(58-72)wt%Sr中间合金中的 ZnSr含Sr相的熔化温度较低，使得采用本发明细化镁合金的晶粒还可在较低的熔体处理温度下进行，从而有助于减少镁合金细化处理时的氧化和燃烧。
图IA是AZ31合金(未添加Sr)的金相图IB是AZ31+0. ISr合金(Al-IOSr合金；740°C +60min)的显微组织图片； 图IC是AZ31+0. ISr合金(Mg-IOSr合金；740°C +60min)的显微组织图片； 图ID是AD1+0. ISr合金(Zn_58Sr合金；740°C +60min)的显微组织图片； 图IE是AZ31+0. ISr合金(Zn_58Sr合金；700°C +60min)的显微组织图片； 图2A是AZ91合金(未添加Sr)的显微组织图片；
图2B是AZ91+0. 05Sr合金(Al-IOSr合金；740°C +30min)的显微组织图片； 图2C是A^l+O. 05Sr合金(Mg-IOSr合金；740°C +30min)的显微组织图片； 图2D是A^l+O. 05Sr合金(Zn_65Sr合金；740°C +30min)的显微组织图片； 图2E是A^l+O. 05Sr合金(Zn_65Sr合金；700°C +30min)的显微组织图片； 图3A是ZA84合金(未添加Sr)的显微组织图片；图;3B是ZA84+0. 15Sr合金(Al-IOSr合金；740°C +30min)的显微组织图片图3C是ZA84+0. 15Sr合金(Mg-IOSr合金；740°C +30min)的显微组织图片图3D是ZA84+0. 15Sr合金(Zn_72Sr合金；740°C +30min)的显微组织图片图3E是ZA84+0. 15Sr合金(Zn_72Sr合金；700°C +30min)的显微组织图片。
具体实施例方式以下通过具体的三个实施例对本发明的技术方案和效果作进一步阐述。实施例1 在熔剂或气体保护熔炼条件下，将AZ31(Mg-3Al-lZn)镁合金在坩埚中熔化后升温到740°C，加入ai-58wt%Sr中间合金，Sr的加入量为0. 1% (重量百分比)。 Zn-58wt%Sr中间合金加入后在740°C下将合金熔体保温5_10分钟，然后对合金熔体进行搅拌，搅拌后升温到720°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面浮渣就可得细化效果良好的镁合金熔体。实施例2 在熔剂或气体保护熔炼条件下，将AZ91(Mg-9Al-lZn)镁合金在坩埚中熔化后升温到740°C，加入ai-65wt%Sr中间合金，Sr的加入量为0. 05% (重量百分比)。 Zn-65wt%Sr中间合金加入后在740°C下将合金熔体保温5_10分钟，然后对合金熔体进行搅拌，搅拌后升温到730°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面浮渣就可得细化效果良好的镁合金熔体。实施例3 在熔剂或气体保护熔炼条件下，将ZA84(Mg-8Zn-4Al)镁合金在坩埚中熔化后升温到740°C，加入ai-72wt%Sr中间合金，Sr的加入量为0. 15% (重量百分比)。 Zn-72wt%Sr中间合金加入后在740°C下将合金熔体保温5_10分钟，然后对合金熔体进行搅拌，搅拌后升温到740°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面浮渣就可得细化效果良好的镁合金熔体。三个实施例所采用加Si-Sr中间合金和未加Si-Sr中间合金的镁合金的晶粒尺寸测试结果如表1所示，纤维组织图片参见图IA-图1E、图2A-图2E、图3A-图2E。 从表1 中的对比分析结果可看到，在相同Sr加入量和相同的细化工艺条件下，用Si-Sr中间合金细化镁合金晶粒的效率均较Al-Sr和Mg-Sr中间合金高。同时，当Sr加入量和熔体保温时间相同时，在较低的熔体保温温度下用Si-Sr中间合金细化镁合金晶粒的效率也均高于在较高的熔体保温温度下用Al-Sr和Mg-Sr中间合金细化镁合金晶粒的效率。
权利要求
1. 一种采用Si-Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法，其特征在于所述方法是在镁合金中通过添加ai-(581 wt%Sr中间合金来细化镁合金的晶粒，细化工艺如下在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到740°C，加入&ι-(58 7》wt%Sr中间合金，Sr的加入量为炉料总重量的0. 05-0. 15% ；Zn-(58 72) wt%Sr中间合金加入后在740°C 下将合金熔体保温5-10分钟，然后对合金熔体进行搅拌，搅拌后升温到720-740°C，然后用 C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面浮渣就可得细化效果良好的镁合金熔体。
全文摘要
本发明提出一种采用Zn-Sr中间合金细化镁合金晶粒的方法，其是在镁合金中通过添加Zn-(58~72)wt%Sr中间合金来细化镁合金的晶粒，取得较Al-Sr和Mg-Sr中间合金更高的晶粒细化效率。
文档编号C22C1/06GK102409190SQ20111037611
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者周涛, 李晖, 李洪亮, 杨明波, 潘复生, 王春欢, 胡红军, 郭廷长 申请人:重庆理工大学