一种高强适焊性微合金化az91镁合金及制备方法
【专利摘要】一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金及制备方法，在合金中添加Ca、Y对AZ91镁合金进行微合金化，其制备方法包括下述步骤：按设计的镁合金组分配比，分别取Mg、Al、Zn的纯金属、单质Si以及Mg-Ca、Mg-Y中间合金，以RJ-2熔剂作为覆盖剂和精炼剂进行熔炼，在保护气氛下浇铸；得到铸锭最后，将铸锭进行均匀化处理后进行道一次变形量为75-80％，变形速率为9.0-1-9.2-1热轧变形，得到高强适焊性AZ91镁合金。本发明工艺方法简单、操作方便，通过微合金化和高应变变形，可以大幅度的提高AZ91镁合金的力学性能和焊接性能；为制备高强适焊性超细晶镁合金薄板，提供了一种切实可行的途径。
【专利说明】一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强适焊性镁合金及制备方法，特别是指一种高强适焊性微合金 化AZ91镁合金及制备方法，属于镁合金制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002] AZ91 镁合金的质量百分组成是 A18. 3-9. 3, ZnO. 35-1. 0, Μη0· 15-0· 50, SK0. 01， Cu<0.03, Ni<0.002, Fe<0.005,余量为Mg;其应用范围非常广泛，但其焊接性能较低，由于 AZ91镁合金含有大量的低熔点的第二相0-Mg17Al12，在焊接的过程中，容易产生液化裂纹， 通过改进焊接工艺的措施已经无法避免该裂纹的产生。业内通常通过改善材料成分的方式 提高A1Z91系镁合金的焊接性能，但AZ91镁合金本身合金含量高，进一步添加合金元素反 而会降低材料的力学性能，若添加过量的稀土元素则无法固溶到基体中，所以通过单纯的 添加合金元素和稀土元素来提高AZ91镁合金的力学性能具有一定的瓶颈和局限性。因此， 如何有效提高AZ91镁合金的力学性能和焊接性能，成为业内迫切希望解决的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、工艺方法简 单、操作方便的高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，本发明通过微合金化和高应 变变形，可以大幅度的提高AZ91镁合金的力学性能和焊接性能。
[0004] 本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金，包括下述组分，按质量百分比组 成：
[0005] A1 8. 3-9. 3，
[0006] Zn 0. 35-1. 0,
[0007] Μη 0. 15-0. 50,
[0008] Si 0.01-0.1,
[0009] Ca 0. 1-0. 3,
[0010] Υ〇· 3-0. 5,余量为Mg，杂质总量彡0· 04 ;优选的：Ca含量为0. 15-0. 25, Y含量为 0. 35-0· 45 ;更优选：Ca 含量为 0· 18-0. 22, Υ 含量为 0. 38-0. 42。 本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，包括下述步骤：
[0012] 第一步：熔铸
[0013] 按设计的镁合金组分配比，分别取Mg、Al、Zn的纯金属、单质Si以及Mg-Ca、Mg-Y 中间合金，以RJ-2熔剂作为覆盖剂和精炼剂，先将纯Mg熔化，然后依次将纯A1、纯Zn、单质 Si、Mg-Ca、Mg-Y中间合金加入Mg熔体中熔化后，在S02保护气氛下浇铸；得到铸锭；所述 RJ_2熔剂为连云港市竞生新材料有限公司生产，产品型号为rj-2 ;
[0014] 第二步：热乳变形
[0015] 将第二步得到的铸锭进行均匀化处理后加热至415? -420°c均温，进行一道次热 乳变形，得到高强适焊性AZ91镁合金。
[0016]本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，合金熔化温度为 750°C _780°C。
[0017]本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，所述均匀化处理是将 铸锭加热至415°C -420?，保温20h-24h后，出炉空冷至室温；加热时，为防止剧烈氧化，需 在铸锭上覆盖细沙。
[0018]本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法,所述热轧变形的变形 量为75-80%,变形速率为9. (^-9. 2'
[0019] 本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，所述热乳变形在乳机 上进行，乳辊规格为Φ 360X600，乳辊转速为430mm · s'
[0020] 本发明一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，纯Mg中Mg的质量 百分含量> 99.9%,纯A1中A1的质量百分含量多99.5%,纯Zn中Zn的质量百分含量 彡 99. 9%。
[0021]本发明由于采用上述工艺方法，在AZ91镁合金中添加合金元素和稀土元素的基 础上，对板材进行高应变乳制，当向AZ91镁合金中添加（0.2% % Ca+0. 4% % Y)后，铸态合 金的晶粒由120 μ m左右降为100 μ m左右，经过高应变乳制后，（AZ91-0. 2% Ca-0. 4% Y) 镁合金晶粒尺寸由100 μ m左右变为6 μ m左右；可以大幅度的提高AZ91镁合金的力学性能 和焊接性能。其机理简述于下：
[0022] 在AZ91镁合金中添加 Ca和Y后，组织中第二相尺寸明显变细，组织更为细小，力口 入Ca和Y后，组织中灰色条状的离异共晶β-Mg17Al12相明显减少，第二相的体积分数明显 增多，同时形成了亮白色的Al 2Ca相，机体中形成了细小块状的A12Y相，这些第二相使得离 异共晶i3-Mg17Al 12相由粗大状变成网状形式，g卩加入Ca和Y后，一方面使的0_1^一112相 的数量减少，另一方面使的合金晶粒尺寸减少。添加 Ca元素以后，生成的Al2Ca相，均匀化 固溶处理后，基本上固溶到基体中，可以大幅度提高合金的抗拉强度；添加 Y合金以后，生 成八12￥相，均匀化固溶处理后，在晶内和晶界上仍然存在，这样，一方面可以细化晶粒，提高 合金的抗拉强度，但另一方面，也割裂了合金基体，使抗拉强度有所降低。本发明采用同时 添加 Ca和Y，两者的复合协调作用，可以有效的提高合金的抗拉强度。特别是随后进行的大 变形量的高速应变，可以有效细化晶粒，进一步提高材料的力学性能焊接性能。单纯的添加 合金元素和热轧变形可以细化晶粒，调控第二相的析出和分布，但是过多的添加合金元素， 会使得镁合金在焊接凝固过程中，增大凝固区间，增大焊缝区焊接裂纹的出现，降低镁合金 材料的焊接性能。单纯的添加稀土元素，也可以细化晶粒，但是由于稀土元素在镁合金中的 溶解度很低，过多的添加稀土元素反而会降低材料的性能，所以复合添加稀土元素和合金 元素，既可以细化晶粒，又可以控制焊接的凝固区间，减少焊缝区的焊接裂纹，提高焊接接 头的质量。高应变札制可以可以进一步细化晶粒，提高焊接母材的质量和力学性能。
[0023] 结果表明，在AZ91镁合金中复合添加0.2% Ca和0.4% Y,通过固溶处理和高应 变速率轧制技术（由10mm直接轧制为2mm)，制备高强适焊性超细晶镁合金薄板。〇· 2% Ca 和0· 4% Y的添加，可以有效的细化晶粒，可以减少板材的焊接凝固区间；固溶可以有效的 使第二相Α12γ和Al 2Ca固溶到基体之中，高应变速率乳制可以细化晶粒，提高母材的力学性 能。通过上述研究，本发明可以制备出高强适焊性超细晶镁合金薄板。
[0024]综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便，通过微合金化和高应变变形，可以大 幅度的提高AZ91镁合金的力学性能和焊接性能；为制备高强适焊性超细晶镁合金薄板，提 供了一种切实可行的途径。
【专利附图】
【附图说明】：
[0025] 附图1为铸态AZ91镁合金合金相图，放的倍率为32,晶粒大小为12〇 μ m。
[0026] 附图2为本发明实施例2制备的微合金化AZ91-0. 2% Ca-0. 4% Y镁合金铸态金 相图，放的倍率为100,晶粒大小为100 μ m。
[0027] 附图3为本发明实施例2制备的微合金化AZ91-0. 2 % Ca-0. 4% Y镁合金高应变 乳制态的金相图，放的倍率为500,晶粒大小为5 μ m。
【具体实施方式】：
[0028] 实施例1
[0029] 按镁合金组分配比为：
[0030]
【权利要求】
1. 一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金，包括下述组分，按质量百分比组成： A1 8. 3-9. 3, Zn 0· 35-1. 0， Μη 0. 15-0. 50， Si 0.01-0.1， Ca 0. 1_0. 3， Y 0. 3-0. 5,余量为Mg，杂质总量彡0. 04。
2. 如权利要求1所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，包括下述步 骤： 第一步：熔铸 按设计的镁合金组分配比，分别取Mg、Al、Zn的纯金属、单质Si以及Mg-Ca、Mg-Y中间 合金，以RJ-2熔剂作为覆盖剂和精炼剂，先将纯Mg熔化，然后依次将纯A1、纯Zn、单质Si、 Mg-Ca、Mg-Y中间合金加入Mg熔体中熔化后，在S02保护气氛下浇铸；得到铸锭；所述RJ-2 熔剂为连云港市竞生新材料有限公司生产，产品型号为RJ-2 ; 第二步：热轧变形 将第二步得到的铸锭进行均匀化处理后加热至415°C _420°C均温，进行一道次变形量 为75-80%的热轧变形，得到高强适焊性AZ91镁合金。
3. 根据权利要求2所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，其特征在 于：合金熔化温度为750°C _780°C。
4. 根据权利要求2所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，其特征在 于：所述均匀化处理是将铸锭加热至415°C _420°C，保温20h-24h后，出炉空冷至室温；力口 热时，为防止剧烈氧化，需在铸锭上覆盖细沙。
5. 根据权利要求2所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，其特征在 于：所述热轧变形的速率为9. 0-1-9. 2-1。
6. 根据权利要求5所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，其特征在 于：所述热轧变形在轧机上进行，乳辊规格为Φ 360X600，轧辊转速为430mm · s'
7. 根据权利要求2所述的一种高强适焊性微合金化AZ91镁合金的制备方法，其特征在 于：纯Mg中Mg的质量百分含量彡99. 9%，纯A1中A1的质量百分含量彡99. 5%，纯Zn中 Zn的质量百分含量彡99.9%。
【文档编号】C22C1/03GK104233031SQ201410533893
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】沈言锦, 严红革 申请人:湖南大学