一种兼具导热及耐热特性的低成本镁合金及其制备加工方法与流程

文档序号:19160680发布日期:2019-11-16 01:19阅读:214来源:国知局

本发明涉及一种兼具导热及耐热特性的低成本镁合金及其制备加工方法,属于工业用镁合金范畴。



背景技术:

镁合金作为一类新型的金属结构材料,越来越多的受到航空航天及武器装备领域的青睐,其最大的特点就是密度小,具有比强度比刚度高、减震性能小、易于回收以及电磁屏蔽性能优良的性能,因此,发展镁合金结构材料是目前国内外研究的热点。虽然镁合金具有很多优点,但同时存在很多不足,如耐热镁合金导热性能低,以及导热镁合金耐热性能差等。目前,为了能够提高合金的耐热特性,通常是在基体中增加稀土元素,形成具有热稳定性更高的化合物,阻碍位错及晶界的运动,进而提高合金在高温条件下的使用寿命。但是稀土元素的价格相对较贵,直接造成了合金的制备成本提高,打击了希望利用镁合金的行业进一步采用镁合金的积极性,因此低成本的耐热镁合金是目前镁合金企业的研发热点。

值得注意的是,目前所研究的耐热镁合金,其耐热机制主要是通过增加具有低导热特性的强化相来阻碍热量向材料内部扩散,实现构件在高温下服役,合金的导热能力显著下降。因此,如何能够开发一种兼具导热能力同时又具有耐热特性的镁合金,将是未来结构功能一体化材料的发展方向。

研究表明,mg-zn系合金具有较为出色的强度及塑韧性,尤其该合金体系是目前可报道的可进行应用导热镁合金之一,但是合金中的低熔点mg-zn相在温度高于100℃条件下会发生明显的软化现象,因此不能作为耐高温合金来使用。但是如果能够通过添加额外元素,形成具有高温稳定性的相,那么将可以进一步提高合金的耐高温性能。目前,在mg-zn系合金中添加的元素有ca、al和re等,这些元素的添加可以和mg或者zn形成一些特殊种类的化合物,其中有些化合物具有耐热特性,可以提高合金综合力学性能,典型的有形成准晶相以及lpso结构相等,而这些相的获得前提是需要在合金中添加稀土元素,这是普通合金元素种类无法实现的,高性能合金的成本问题严重制约了一般企业对镁合金的应用需求,所以开发一种兼具高导热特性以及耐热性能的低成本镁合金对未来扩大镁合金的应用将具有十分重要的意义。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种镁合金,该镁合金兼具导热及耐热特性,同时具有较低的成本。

一种兼具导热及耐热特性的低成本镁合金,该合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比计,其组成为:zn含量为0.5%~8.0%,cu含量为0.5%~5.5%,ti含量为0.1~1.5%,mg为余量。

该镁合金中,按质量百分比计,杂质fe含量<0.005%。

在上述镁合金中,zn的含量优选为3.0%~8.0%,更优选为5.0%~8.0%,最优选为5.5%~7.5%;cu的含量优选为0.5%~4.0%,更优选为1.0%~3.0%,最优选为1.0%~2.0%;ti的含量优选为0.1~1.3%,更优选为0.5%~1.0%,最优选为0.5%~0.8%。

优选的,所述镁合金中,按质量百分比计,zn为3.0%~8.0%,cu为0.5%~4.0%,ti为0.1~1.3%,mg为余量。

更优选的,所述镁合金中,按质量百分比计,zn为5.0%~8.0%,cu为1.0%~3.0%,ti为0.5~1.0%,mg为余量。

最优选的,所述镁合金中,按质量百分比计,zn为5.5%~7.5%,cu为1.0%~2.0%,ti为0.5~0.8%,mg为余量。

zn:zn元素是合金中的主要强化元素,可以固溶于基体中,或者以强化相的形式析出,由于其与mg的原子半径差相对较小,因此对合金的晶格畸变影响相对较小。zn元素的含量为3.0~8.0%:由于其与cu及ti反应产生部分消耗,合金的沉淀强化效果会有所减弱,因此范围超过了极限固溶度,同时还要满足强化需求,因此最低不能低于3.0%。

cu、ti:与mg及zn形成四元相,可以强化合金,同时又具有极好的耐热性能,是高导热及耐热的根本原因所在。含量的选择是基于对合金强化、导热及耐热需求而优化的,cu含量不能太少,否则合金的导热性能特点会减弱,ti含量不能太多,否则会影响合金的导热性能。

本发明的另一目的是提供上述兼具导热及耐热特性的低成本镁合金的制备和加工方法,获得具有高强度的变形镁合金的挤压材。

一种兼具导热及耐热特性的低成本镁合金的制备加工方法,包括如下步骤:

(1)按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯金属的形式加入;

(2)将镁及zn、cu和mg-10ti中间合金进行预热,直至完全干燥无水;预热温度为200~300℃,预热炉为电阻炉;

(3)在预热的熔炼炉里,首先将约占总质量20~50%预热的镁放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入占总质量20~30%的镁,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10~20%为止,整个过程将温度控制在700~750℃,保持5~10min,撇除浮渣;其中,熔化炉预热的温度为520~700℃,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉;熔化炉中通入的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

(4)当加入的镁完全熔化时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素,其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃~800℃,完全熔化后,保持5~20min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣;

(5)停止加热,然后将剩余10~20%左右的镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;在此期间保证熔体温度在650℃~700℃之间;

(6)对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右,得到铸锭;

(7)对铸锭直接进行热处理,将铸锭快速冷却至400~450℃,保温时间为3h~24h,然后快速冷却至室温;

(8)对合金进行塑性变形,包括挤压变形、锻压变形和轧制变形中的一种或它们的组合,或者其它变形加工,起始变形方法为挤压时,变形温度为200~400℃;起始变形方法为锻造或者轧制时,变形温度为350~430℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

(9)去除合金的残余应力,包括预拉伸、振动或者深冷处理;

(10)对合金进行二次热处理,包括固溶、时效或者二者的组合方式,固溶温度在340℃~430℃之间,时间为0.5~12h,时效温度在120~180℃之间,时间为2~48h。

对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤等方法。

本发明的优点:通过zn、cu及ti元素的添加,使得合金中生成了特殊的强化相,典型的为mgzncu相。经过研究发现,该相具有较高的导热性能,同时其分解温度较传统的mg-zn相提高了100℃左右,更具有耐高温特性,另外,ti元素的添加可以有效细化合金的晶粒尺寸,同时还可以参与到强化相的形成过程中,对cu元素及zn元素的稳定性起到特殊作用。该合金体系的另外一个优点,就是具有更高的淬火特性,cu元素的添加,使得合金的热传导性能提高,淬火性显著增加,这对于大尺寸镁合金构件来说具有非常重要的意义。

具体实施方式

本发明兼具导热及耐热特性的低成本镁合金,依次经过备料,原料预热,熔炼,过滤处理,热处理,塑性变形,去除合金的残余应力和二次热处理等步骤制备加工得到。

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加;剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到200~300℃,并将熔化炉升温到520~700℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30~50%(质量%,以下同)经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的20~30%(质量%,以下同)纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%(质量%,以下同)为止,整个过程将温度控制在700~750℃,此状态下保持5~10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃~800℃,待完全熔化后,保持5~20min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至400~450℃,保温时间为3h~24h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,包括常规的挤压变形、锻压变形、轧制变形以及它们的组合或者其它变形加工,如果起始变形方法为挤压,则变形温度可为200~400℃之间,如果起始变形方法为锻造或者轧制,则变形温度可为350~430℃之间,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸、振动或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行二次热处理,具体可包括固溶、时效或者二者的组合方式,固溶温度在340℃~430℃之间,时间在0.5~8h,时效温度在120~180℃之间,时间在2~48h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤等方法。

实施例1:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为0.5%,cu含量为0.5%,ti含量为0.1%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到200℃,并将熔化炉升温到520℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量50%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的20%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在700℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃,待完全熔化后,保持5min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至400℃,保温时间为3h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,变形方法为挤压,变形温度为200℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法为预拉伸加深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,包括固溶处理和时效处理,固溶温度340℃,时间0.5h,时效温度在120℃,时间24h。

12.对最终材料进行无损检测,具体为射线探伤和超声波探伤。

实施例2:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为8.0%,cu含量为5.5%,ti含量为1.5%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到300℃,并将熔化炉升温到700℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的20%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在750℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在800℃,待完全熔化后,保持20min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为12h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为挤压,变形温度为400℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法为预拉伸和深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度400℃,时间8h,时效温度160℃,时间在16h。

12.对最终材料进行无损检测,具体为射线探伤和超声波探伤。

实施例3:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为5.2%,cu含量为1.0%,ti含量为0.3%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到250℃,并将熔化炉升温到550℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在730℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在780℃,待完全熔化后,保持10min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为24h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,变形方式为挤压变形,变形温度可为300℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法为预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度375℃,时间12h,时效温度160℃,时间在16h。

12.对最终材料进行无损检测,具体为射线探伤和超声波探伤。

实施例4:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为6.0%,cu含量为1.0%,ti含量为0.5%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到250℃,并将熔化炉升温到680℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的20%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在750℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃,待完全熔化后,保持10min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为12h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为锻造,变形温度可为350℃,锻造后对合金挤压变形,变形温度可为200℃,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度340℃,时间8h,时效温度140℃,时间在24h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤等。

实施例5:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为3.5%,cu含量为2.0%,ti含量为0.7%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到300℃,并将熔化炉升温到650℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在700℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃,待完全熔化后,保持15min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至420℃,保温时间为16h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为锻造,则变形温度可为400℃,锻造后继续挤压变形,变形温度可为340℃之间,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度360℃,时间6h,时效温度120℃,时间在48h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例6:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为4.5%,cu含量为3.0%,ti含量为0.9%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到200℃,并将熔化炉升温到700℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量35%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在700℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在780℃,待完全熔化后,保持20min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为10h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,变形方法为轧制,变形温度可为400℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度380℃,时间4h,时效温度180℃,时间在6h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例7:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为7.2%,cu含量为4.5%,ti含量为1.1%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到230℃,并将熔化炉升温到520℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在700℃,此状态下保持5~10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在800℃,待完全熔化后,保持5min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为14h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,变形方法为轧制,变形温度可为400℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度410℃,时间2h,时效温度160℃,时间在16h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例8:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为7.5%,cu含量为5.0%,ti含量为1.0%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到260℃,并将熔化炉升温到600℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量20%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下20%为止,整个过程将温度控制在750℃,此状态下保持5min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在780℃,待完全熔化后,保持10min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余20%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至420℃,保温时间为18h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为轧制,变形温度可为400℃,轧制后挤压变形,变形温度可为300℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度430℃,时间1h,时效温度180℃,时间在8h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例9:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为6.5%,cu含量为0.9%,ti含量为0.3%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到300℃,并将熔化炉升温到580℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量30%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的30%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在700℃,此状态下保持10min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在750℃,待完全熔化后,保持20min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至400℃,保温时间为24h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为轧制,变形温度可为350℃,轧制后挤压变形,变形温度可为250℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度340℃,时间1h,时效温度140℃,时间在18h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例10:选用的合金为mg-zn-cu-ti系镁合金,按质量百分比,zn含量为7.0%,cu含量为1.5%,ti含量为0.5%,mg为余量,杂质fe含量<0.005%。制备本发明的一种兼具高导热及耐热的低成本镁合金具有高强度的变形镁合金的挤压材,按照以下步骤进行:

1.按本发明所述的镁合金成分的重量百分比进行备料;其中,ti是以mg-10ti中间合金的形式添加,zn和cu以纯金属的形式添加,剩余的mg以纯镁锭的形式加入;

2.将预热炉升温到200℃,并将熔化炉升温到520℃(预热炉为电阻炉,熔化炉为可控温的中频电磁感应加热炉),同时向熔化炉通入保护气体,具体的保护气体为氩气和134a冷媒(成分为四氟乙烷)混合气体,二者体积比例约为20:1;

3.在预热炉中,将纯镁锭及各种添加元素进行预热,直至完全干燥无水;

4.在已经预热的熔炼炉里,首先将约占总量20%经预热后的纯镁锭放入熔炼炉中,使其在保护气体下完全熔化,然后加入纯镁锭总量的20%纯镁锭,在保证加入量可以完全没入已加入的镁熔体的前提下尽量多,如此分批进行,直至剩下10%为止,整个过程将温度控制在750℃,此状态下保持5min,撇除浮渣。

5.当加镁锭完全熔化同时,添加全部的合金元素,添加顺序为:首先添加zn元素、其次添加mg-10ti中间合金,最后添加cu元素,此时熔体的温度保持在800℃,待完全熔化后,保持10min,同时对熔体进行搅拌,最后撇去浮渣。

6.停止对熔炼炉进行加热,然后将剩余10%左右的纯镁添加到熔体中,同时进行搅拌,去浮渣;如果熔体温度低于650℃,则再次对熔炼炉进行加热,保证熔体温度在650℃~700℃之间;

7.对熔体进行过滤处理,过滤材质为商用的mgo泡沫陶瓷片,可根据实际需求进行选择,过滤过程中保证熔体温度不低于650℃,随后对熔体进行冷却直至500℃左右;

8.对于熔炼后的铸锭直接进行热处理,具体为将500℃的铸锭快速冷却至450℃,保温时间为10h,然后快速冷却至室温。

9.对合金进行塑性变形,起始变形方法为轧制,变形温度可为380℃,轧制后挤压变形,变形温度可为300℃,另外,可根据用户需要进行多次变形,变形后的材料直接进行水冷;

10.对合金进行残余应力的去除,具体方法包括预拉伸或者深冷处理。

11.消除残余应力后的合金进行热处理,具体为固溶和时效,固溶温度380℃,时间6h,时效温度160℃,时间在12h。

12.对最终材料进行无损检测,具体包括射线探伤和超声波探伤。

实施例1-10制备的含锡镁合金的性能测试结果如表1所示。

表1

从表1中,可以看到实施例1-10的导热系数在110-143w/m·k之间,在室温时材料的抗拉强度在343-392mpa之间,在温度为150℃时材料的抗拉强度在172-363mpa之间。

本发明的镁合金具有较高的导热性能,同时更具有耐高温特性,另外,该合金体系还具有更高的淬火特性,cu元素的添加,使得合金的热传导性能提高,淬火性显著增加。

在上述本发明的技术方案中,所述的合金组分中zn、cu及ti的含量在限定范围内可自由选择,此处不再一一列举,故以上说明所包含的技术方案应视为例示性,而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

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