一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35-0.45%，Al：5.3-6.3%，Co：1.2-2.2%，Os：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Li：0.5-1.0%，K：0.35-0.55%，Ba：0.45-0.654%，Hf：1.2-1.4%，Er：0.5-1.5%，Mn：2.1-3.2%，B：0.2-0.4%，Mo：0.8-1.0%，C：0.25-0.35%，余量为Mg。本发明还提出该高硬度抗磨损镁合金工件的制备方法。本合金具有良好的硬度及抗磨损性能。
【专利说明】一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金材料领域，尤其是一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、比刚度高、减 震性高、易加工、易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用 市场，特别是在全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下，镁的资源优势、价格优势、产品优 势得到充分发挥，镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。同时得益于中国汽车工业和3C等 行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。其中，汽车行业的 轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展，以及镁合金研发技术和回收利用技术的不 断进步，对促使镁合金的广泛应用将是利好消息。但面临国际镁金属材料的高速发展，我 国作为镁资源生产和出口大国，对镁合金开展深入研究和应用前期开发工作意义重大。然 而由于镁合金工艺复杂，成本高，机械加工困难，绝对强度低，室温变形能力较差，易氧化燃 烧、易腐蚀等缺陷，限制了其作为结构材料的广泛应用，目前镁合金的应用远不如铝合金广 泛。因此，提高镁合金硬度及抗磨损的性能使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的 热点，同时高强度镁合金开发对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高硬度抗磨损镁合金工件及其制备方 法，该工艺方法成本低且简便易行，获得的镁合金具有较高的硬度和良好的抗磨损使得此 类镁合金具有比传统商业镁合金优越的力学性能。
[0004] 为达此目的，本发明采用以下技术方案： 一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm :0.35-0. 45%，Al : 5. 3-6. 3%, Co ：1. 2-2. 2%, Os ：3, 65-3. 75%, Ca ：0. 9-1. 0%, Li ：0. 5-1. 0%, K ：0. 35-0. 55%, Ba ： 0. 45-0. 654%, Hf ：1, 2-1. 4%, Er ：0. 5-1. 5%, Mn ：2, 1-3. 2%, B ：0. 2-0. 4%, Mo ：0. 8-1. 0%, C ： 0· 25-0. 35%，余量为 Mg。
[0005] 更进一步地，按照重量百分比含量含有：Sm :0. 35%，Al :5. 3%，Co :1. 2%，Os :3. 65%， Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ：2. 1%, B ：0. 2%, Mo ：0. 8%, C ： 0. 25%，余量为Mg。
[0006] 另外，还提供一种所述的镁合金的制备方法，包括以下步骤： (1) 原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg- Sm中间 合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中 间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合 金； (2) 熔化：采用体积比为C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为 980°C?1100°C，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、 纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg-Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料 完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置 30分钟，然后进行一次除渣； (3)精炼：使熔炼炉升温至1100°C?1200°C对合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合 金精炼剂，精炼时间为10分钟，精炼完后在900°C?950°C保温静置30分钟，然后进行二次 除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15 %纳米 碳酸盐吸附剂；余量为KCl ; (4) 挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320°C?340°C的铁模具中，浇铸温 度为900°C?KKKTC，压强为lOOMPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高 200cm的铸件； (5) 制坯件：将镁合金铸件进行温度为900°C?950°C，时长为42小时的均化处理得镁 合金述件； (6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为IKKTC?1200°C，保 温时间为60小时；再在KKKTC?IKKTC下进行第二次时效处理，时效时间为40h ;最后在 900°C?1000°C进行第三次时效处理，时效时间为30小时。
[0007] 本发明的有益效果在于：该高硬度抗磨损镁合金工件简便的热处理工艺使整个制 备过程简单化，从而降低成本，且制得镁合金不仅性价比高，同时原料中的硼及碳及钾成份 使所制得镁合金具有良好的机械特性、抗磨损性能及更高的硬度等优点。
【具体实施方式】
[0008] 实施例1 一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有=Sm :0. 35%，Al :5. 3%，Co : I. 2%, Os ：3, 65%, Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ：2. 1%, B ： 0· 2%，Mo :0· 8%，C :0· 25%，余量为 Mg。
[0009] 镁合金的制备方法，包括以下步骤： (1) 原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg- Sm中间 合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中 间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合 金； (2) 熔化：采用体积比为C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为 980°C，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、纯 Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间合 金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化后 再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟，然 后进行一次除渔； (3)精炼：使熔炼炉升温至IKKTC对合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼 齐?，精炼时间为10分钟，精炼完后在900°c保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金 熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15%纳米碳酸盐吸附剂； 余量为KCl ; (4) 挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320°C的铁模具中，浇铸温度为 900°C，压强为lOOMPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件； (5) 制坯件：将镁合金铸件进行温度为900°C，时长为42小时的均化处理得镁合金坯 件； (6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为IKKTC，保温时间为 60小时；再在1000°C下进行第二次时效处理，时效时间为40h ;最后在900°C进行第三次时 效处理，时效时间为30小时。
[0010] 实施例2 : 一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm :40%，Al :5. 8%，Co : 1. 7%, Os ：3. 7%, Ca ：0. 95%, Li ：0. 75%, K ：0. 45%, Ba ：0. 55%, Hf ：1. 3%, Er ：1. 0%, Mn ：2. 7%, B ： 0· 3%，Mo :0· 9%，C :0· 30%，余量为 Mg。 toon] 所述的镁合金的制备方法，包括以下步骤： (1) 原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg- Sm中间 合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中 间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合 金； (2) 熔化：采用体积比为C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为 1040°C，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、 纯Co、Al_ Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间 合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化 后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟， 然后进行一次除渔； (3)精炼：使熔炼炉升温至1150°C对合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼 齐?，精炼时间为10分钟，精炼完后在930°c保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金 熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15%纳米碳酸盐吸附剂； 余量为KCl ; (4) 挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为330°C的铁模具中，浇铸温度为 950°C，压强为lOOMPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件； (5) 制坯件：将镁合金铸件进行温度为930°C，时长为42小时的均化处理得镁合金坯 件； (6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1150°C，保温时间为 60小时；再在1050°C下进行第二次时效处理，时效时间为40h ;最后在950进行第三次时效 处理,时效时间为30小时。
[0012] 实施例3: 一种高硬度抗磨损镁合金工件，按照重量百分比含量含有=Sm :0. 45%，Al :6. 3%，Co : 2. 2%, Os ：3, 75%, Ca ：1. 0%, Li ：1. 0%, K ：0. 55%, Ba ：0. 654%, Hf ：1. 4%, Er ：1. 5%, Mn ：3. 2%, B ： 0· 4%，Mo :1· 0%，C :0· 35%，余量为 Mg。
[0013] 所述的镁合金的制备方法，包括以下步骤： (1) 原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg- Sm中间 合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中 间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合 金； (2) 熔化：采用体积比为C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为 IKKTC，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、纯Al锭、 纯Co、Al_ Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg- Hf中间 合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料完全熔化 后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置30分钟， 然后进行一次除渔； (3)精炼：使熔炼炉升温至120(TC对合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼 齐?，精炼时间为10分钟，精炼完后在950°c保温静置30分钟，然后进行二次除渣，得镁合金 熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15%纳米碳酸盐吸附剂； 余量为KCl ; (4) 挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为340°C的铁模具中，浇铸温度为 1000°C，压强为lOOMPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高200cm的铸件； (5) 制坯件：将镁合金铸件进行温度为950°C，时长为42小时的均化处理得镁合金坯 件； (6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为1200°C，保温时间为60 小时；再在ll〇〇°C下进行第二次时效处理，时效时间为40h ;最后在1000°C进行第三次时效 处理,时效时间为30小时。
[0014] 实施例1-3得到的合金的性能列于下表 注：常规镁合金的抗拉强度为300MPa，屈服强度为200MPa，延伸率为8%
【权利要求】
1. 一种高硬度抗磨损镁合金工件，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm: 0. 35-0. 45%, Al ：5. 3-6. 3%, Co ：1. 2-2. 2%, Os ：3. 65-3. 75%, Ca ：0. 9-1. 0%, Li ：0. 5-1. 0%, K ： 0. 35-0. 55%, Ba ：0. 45-0. 654%, Hf ：1. 2-1. 4%, Er ：0. 5-1. 5%, Mn ：2. 1-3. 2%, B ：0. 2-0. 4%, Mo ： 0? 8-1. 0%，C :0? 25-0. 35%，余量为 Mg。
2. 如权利要求I所述的镁合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm :0. 35%，Al : 5. 3%, Co ：1. 2%, Os ：3. 65%, Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ： 2. 1%，B :0? 2%，Mo :0? 8%，C :0? 25%，余量为 Mg。
3. -种如权利要求I所述的镁合金的制备方法，其特征在于： (1) 原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg- Sm中间 合金、纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、纯K、Mg- Ba中 间合金、Mg- Hf中间合金、纯B、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金、纯C、Al- Mn中间合 金； (2) 熔化：采用体积比为C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合气体保护气氛，熔炼温度为 980°C?IKKTC，先在熔炼炉中加入纯Mg锭，待纯镁锭完全熔化后加入Mg- Sm中间合金、 纯Al锭、纯Co、Al- Os中间合金、Al-Ca中间合金、Al- Li中间合金、Mg- Ba中间合金、Mg-Hf中间合金、Al - Er中间合金、Al- Mo中间合金和Al- Mn中间合金，待熔炼炉中的原料 完全熔化后再加入纯K、纯B和纯C，待所有原料充分熔化后进行搅拌使合金成份均匀，静置 30分钟，然后进行一次除渣； (3)精炼：使熔炼炉升温至IlOCTC?1200°C对合金进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合 金精炼剂，精炼时间为10分钟，精炼完后在900°C?950°C保温静置30分钟，然后进行二次 除渣，得镁合金熔体，所述耐热镁合金精炼剂的组成为：30%氟化钙、20%氯化钡、15 %纳米 碳酸盐吸附剂；余量为KCl ; (4) 挤压：将熔融的镁合金熔体浇铸到预热温度为320°C?340°C的铁模具中，浇铸温 度为900°C?1000°C，压强为lOOMPa，保压时间120s，挤压出规格为长10cm，宽10 cm，高 200cm的铸件； (5) 制坯件：将镁合金铸件进行温度为900°C?950°C，时长为42小时的均化处理得镁 合金述件； (6) 时效处理：将所得的镁合金坯件进行时效处理，时效温度为IKKTC?1200°C，保 温时间为60小时；再在1000°C?1100°C下进行第二次时效处理，时效时间为40h ;最后在 900°C?1000°C进行第三次时效处理，时效时间为30小时。
【文档编号】C22C1/03GK104313436SQ201410599197
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】农彩丽 申请人:农彩丽