一种耐高温镁合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金的制造工艺，具体的说是一种耐高温镁合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是:密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。其主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业领域。随着汽车行业的轻量化，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，镁合金的进一步广泛应用将必然趋势。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种制备耐高温镁合金的方法。
[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种耐高温镁合金的制备方法，先取Mg、Al、Ag、Zn、V和Sb，以及中间合金Mg-Ca和Mg-Ti为原料，各原料的用量使镁合金中各元素的质量百分比为5 — 7%的A1、0.18%的V、0.5%的Sb、0.2%的S1、0.2%的C、
0.38%的Ca,0.3—0.4%的Ti,0.7%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg ;具体制备方法为:先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Sb、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160— 190°C，之后置于熔炼炉中在0)2与SFfJ^混合气体保护下进行熔炼，当熔炼炉内原料温度达到760— 780°C时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680°C，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260°C，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10% —15%后，将铸锭置于400°C条件下保温处理120— 180min，之后在230°C的温度下处理2— 4小时，冷却后即完成制造。
[0005]本申请的有益效果是:通过原料中各成分的相互作用，形成稳定的高温强化相，并抑制时效组织中非连续相析出，同时多种成分协同作用起到细化晶粒的效果，使制得的镁合金材料具有良好的耐高温性能和抗拉强度，而挤压后再进行保温处理，则使得材料的晶粒进一步细化，从而进一步提高了材料的各项性能，其200°C抗拉伸强度达到232MPa，伸长率可达到16.5%。
【具体实施方式】
[0006]本申请的耐高温镁合金，先取Mg、Al、Ag、Zn、V和Sb，以及中间合金Mg-Ca和Mg-Ti为原料，在制备该镁合金时，可先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Sb、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160— 190°C，之后置于熔炼炉中进行熔炼。具体方法为:把炉料和坩祸预热，当炉子底部温度达到420— 460°C左右时，把准备好的Mg原料放入坩祸中，在0)2与SF 6的混合气体保护下使Mg熔化后，先加入中间合金Mg-Ca、Mg-T,再加入Al、Ag、Zn、V、Sb进行熔炼。当熔炼炉内原料温度达到760— 780 °C时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680°C，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260°C，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10% —15%后，将铸锭置于400°C条件下保温处理120— 180min，之后在230°C的温度下处理2— 4小时，冷却后即完成制造。各原料的用量使制造成的镁合金中各元素的质量百分比为5—7%的Α1、0.18%的V,0.5%的Sb,0.2%的Si,0.2%的C、0.38%的Ca,0.3—0.4% 的 Ti,0.7% 的 Ag、1.2% 的 Zn，余量为 Mg。
[0007]在本申请镁合金材料中，Al是合金中的重要元素，起到明显的强化作用。其强化效果一是通过Mg17Al12相强化，二是Al原子在镁基体中的固溶强化，其用量为5 — 7%，最优为6%。Sb抑制Al在晶界偏聚，促进基体中连续的Mg17Al12相的析出，Sb在合金中主要是固溶于Mg17Al12相或以Mg 3Sb2形式析出。Mg 3Sbjg具有六方结构，有很高的热稳定性，主要分布于晶界区，可以作为α-Mg非自发形核的衬底，细化基体晶粒产生晶界强化，另外Mg3Sbja弥散强化可以改善合金的高温性能。但过多的Mg17Al12相易导致材料软化，Ti在液态Mg中的溶解度很低，合金凝固时Ti将在固液界面前沿高度富集，抑制Al元素在Mg熔液中扩散，阻碍β- Mg17Aljg的生成及长大，从而细化晶相并提高了材料的强度，并且Ti的加入可以提高合金的铸造性能和抗热裂性能。本申请选择在熔炼过程中加入SiC，所加入的SiC中的一部分由于富集而在晶界析出，同时SiC与Al反应置换出的C和Al元素及O元素在晶界处生成弥散的Al4C2或Al2OC,在晶界处提到钉扎的作用，从而细化晶粒。并且生成的Al4C2增加了异质核心的数量，也起到了细化晶粒的作用。SiC中的C被置换出后，Si与Mg、Al等元素形成稳定的晶相结构，从而提高合金的耐高温性能和拉伸强度。Ca能够使合金表面能形成由CaO/MgO组成的混合结构，这种结构的氧化膜致密，可降低镁在高温下的氧化速度，并且具有明显的细化晶粒的作用。当Ag溶入Mg中后，间隙式固溶原子造成非球形对称畸变，从而产生很强的固溶强化效果和实效强化效果。Ag使原子扩散变慢，阻碍时效析出相长大，提高合金抗拉伸强度和屈服强度。Zn可提高合金的抗蠕变性能，可增加熔体的流动性，并细化晶粒。所加入的V与Al生成熔点较高的八1#相，在合金的凝固过程中随温度的降低会先于其它相聚集在固液界面前沿，阻碍固液界面的迀移，除了起到细化晶粒的作用外，Al3V相还能够强化晶界，使接近晶粒界面处产生阻碍晶粒变性的区域，增加变形抗力，从而使合金硬度增加。铸造后的挤压过程使得合金中的结构发生偏移，晶粒得到进一步细化，并且使合金的延展性和加工性能得到明显提高。
【主权项】
1.一种耐高温镁合金的制备方法，其特征在于:先取Mg、Al、Ag、Zn、V和Sb，以及中间合金Mg-Ca和Mg-Ti为原料，各原料的用量使镁合金中各元素的质量百分比为5 — 7%的Α1、0.18% 的 V,0.5% 的 Sb,0.2% 的 Si,0.2% 的 C、0.38% 的 Ca,0.3—0.4% 的 Ti,0.7% 的 Ag、1.2%的Zn，余量为Mg ;具体制备方法为:先将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Sb、Mg-Ca和Mg-Ti在保护气氛下预热至160— 190°C，之后置于熔炼炉中在0)2与SF6的混合气体保护下进行熔炼，当熔炼炉内原料温度达到760— 780°C时，加入SiC继续熔炼20min，然后降温至680°C，浇铸成铸锭后自然冷却至常温；之后将铸锭加热至260°C，并以0.5—0.8m/min的速度进行挤压，挤压形变量达到10% —15%后，将铸锭置于400°C条件下保温处理120— 180min，之后在230°C的温度下处理2— 4小时，冷却后即完成制造。
【专利摘要】一种耐高温镁合金的制备方法，镁合金中各元素的质量百分比为5—7%的Al、0.18%的V、0.5%的Sb、0.2%的Si、0.2%的C、0.38%的Ca、0.3—0.4%的Ti、0.7%的Ag、1.2%的Zn，余量为Mg；将原料Mg、Al、Ag、Zn、V、Sb、Mg-Ca和Mg-Ti预热后熔炼到760—780℃时，加入SiC继续熔炼20min，浇铸后冷却至常温；将铸锭加热至260℃，以0.5—0.8m/min的速度挤压，形变量达10%—15%后，于400℃保温处理，之后230℃处理2—4小时，冷却后即完成制造。多种成分协同作用起到细化晶粒的效果，使制得的镁合金材料具有良好的耐高温性能和抗拉强度。
【IPC分类】C22C23-02, C22F1-06, C22C1-03
【公开号】CN104805344
【申请号】CN201510150824
【发明人】朱宏喜, 陈君, 张清
【申请人】河南科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月1日