一种细化Mg-Zn系合金晶粒的方法与流程

本发明涉及一种细化Mg-Zn系合金晶粒的方法。

背景技术：

镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、易回收等优点，在汽车、通讯电子、航空航天等领域具有广泛的应用前景。Mg-Zn系合金是常用的变形镁合金之一（如ZK60合金），但其铸态组织普遍粗大，平均晶粒尺寸超过200μm，导致其力学性能仍不足，有待进一步提高。为此，国内外研究人员常通过添加稀土RE来细化Mg-Zn系合金晶粒，从而提高其力学性能。虽然RE细化镁合金晶粒效果显著，但是RE价格普遍较高，其加入必然会提高生产成本（特别是高RE含量），且含RE镁合金熔炼工艺较复杂，特别要考虑精炼过程中RE元素的烧损程度。因此，有必要寻找一种能显著细化Mg-Zn系合金晶粒的非稀土元素，该元素的添加不会提高生产成本，而且工艺简单、操作方便。而新型低成本高性能的变形镁合金将有助于拓宽镁合金的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中Mg-Zn系合金铸态组织粗大和力学性能不足，提供一种通过添加微量Sn作为细化剂，生产成本低、工艺简单、操作方便，能够显著细化Mg-Zn系合金晶粒和有效提高合金铸态力学性能的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的细化Mg-Zn系合金晶粒的方法，其特点是：该方法采用微量Sn作为细化剂，具体步骤如下：

1）采用Mg-Zn系合金锭和工业纯Sn锭作为原材料；

2）在CO₂和0.2vol% SF₆混合气体保护下，将Mg-Zn系合金锭熔化后升温至730℃；

3）将占原材料总重量0.042～0.083%的工业纯Sn锭加入熔体中，并在1h内搅拌熔体两次；

4）在熔体中再加入JDMJ型精炼剂，搅拌后升温至750℃，并静置30min；

5）待熔体温度冷却至715℃，除渣后浇入预热温度为250℃的楔型金属型模具中，凝固成铸态，获得晶粒细化的Mg-Zn系合金。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

本发明中采用的金属Sn是以价格较低廉的工业纯Sn形式加入，熔炼工艺不变。Sn在Mg中的固溶度较大，达到14.5%，因此添加微量Sn将优先固溶于α-Mg基体中，不会与其它元素形成脆性第二相，在细化晶粒和提高铸态力学性能的同时，可保证其后续变形能力和各项性能。所以，本发明通过添加微量Sn作为细化剂，不但生产成本低、工艺简单、操作方便、无三废污染，而且能够显著细化Mg-Zn系合金晶粒和有效提高合金铸态力学性能，铸态平均晶粒尺寸为130～135μm，室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为250～265MPa、140～182MPa和13.0～13.5%，相同条件下与现有技术细化的合金相比，平均晶粒尺寸减少41～43%，室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高11～18%、17～52%和44～50%。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的铸态光学显微组织照片。

图2是对比例的铸态光学显微组织照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例和对比例对本发明技术方案作进一步的说明。

实施例1：

采用ZK60-0.042Sn合金，Sn添加量为0.042%。

用ZK60合金锭和工业纯Sn锭按上述成分配制合金，其熔铸方法为：在CO₂和0.2vol% SF₆混合气体保护下，待ZK60合金锭熔化后升温至730℃，将工业纯Sn锭加入熔体中，接着在1h内搅拌熔体两次；然后在熔体中再加入JDMJ型精炼剂，搅拌后升温至750℃，并静置30min；最后待熔体温度冷却至715℃，除渣后浇入预热温度为250℃的楔型金属型模具中，凝固成铸态试样。

经测试，实施例1获得的合金的铸态平均晶粒尺寸为130μm，室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为250MPa、140MPa和13.5%。

实施例2：

采用ZK60-0.083Sn合金，Sn添加量为0.083%。

用ZK60合金锭和工业纯Sn锭按上述成分配制合金，其熔铸方法为：在CO₂和0.2vol% SF₆混合气体保护下，待ZK60合金锭熔化后升温至730℃，将工业纯Sn锭加入熔体中，接着在1h内搅拌熔体两次；然后在熔体中再加入JDMJ型精炼剂，搅拌后升温至750℃，并静置30min；最后待熔体温度冷却至715℃，除渣后浇入预热温度为250℃的楔型金属型模具中，凝固成铸态试样。

经测试，实施例2获得的合金的铸态平均晶粒尺寸为135μm，室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为265MPa、182MPa和13.0%。

对比例：

采用ZK60合金，Sn添加量为：0%。

其熔铸方法为：在CO₂和0.2vol% SF₆混合气体保护下，待ZK60合金锭熔化后升温至730℃，加入JDMJ型精炼剂并搅拌后升温至750℃，静置30min；最后待熔体温度冷却至715℃，除渣后浇入预热温度为250℃的楔型金属型模具中，凝固成铸态试样。

经测试，对比例获得的合金的铸态平均晶粒尺寸为230μm，室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为225MPa、120MPa和9.0%。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。