專利名稱：高強(qiáng)度高塑性Mg－Al基鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鎂合金，具體是一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Al基鎂合金，用于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，但是現(xiàn)有技術(shù)中鎂合金的強(qiáng)韌性還較低，一般鎂合金的強(qiáng)度只有相同工藝制備鋁合金的50-70％，而它的韌性和塑性與鋁合金之間的差距就更大，限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。由于鎂是密排六方金屬，滑移系少，晶粒細(xì)化對(duì)提高合金力學(xué)性能的效果比體心和面心立方金屬的效果更有效，因此，細(xì)晶強(qiáng)化是提高鎂合金強(qiáng)韌性的主要方法之一。另一方面，常用Mg-Al基鎂合金中的第二相為分布于晶界的粗大Mg17Al12相，降低了合金的塑性和強(qiáng)度，因此，改善第二相的形態(tài)和分布是提高鎂合金性能的又一個(gè)重要方法。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國(guó)專利(United Stated Patent 4,239,535，King，et al.，1980)發(fā)明的Mg-Zn-Cu合金通過(guò)加入高含量的Cu(5％，重量百分比)來(lái)細(xì)化晶粒以提高合金的強(qiáng)度和塑性，但是，該合金的力學(xué)性能要通過(guò)固溶時(shí)效熱處理才能得到，而且合金中高含量Cu的存在，使得合金的熔點(diǎn)較高，熔鑄困難，耐蝕性較差，成本較高，特別是，該合金Cu的細(xì)化晶粒作用必須在無(wú)合金元素Al的前提下才能實(shí)現(xiàn)，因而限制了合金的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Al基鎂合金，通過(guò)加入合金元素Ti，達(dá)到了細(xì)化Mg-Al基鎂合金的晶粒、改善Mg17Al12相的形態(tài)和分布的效果，提高了合金的強(qiáng)度和塑性，擴(kuò)大了Mg-Al基鎂合金的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明合金的成分配方為(重量百分比)3.0-9.0％Al，0.2-1.0％Zn，0.01-0.2％Ti，0.1-0.4％Mn，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為Mg。本發(fā)明以Al作為基本成分，加入Ti一方面是為了細(xì)化合金的晶粒以提高合金的強(qiáng)度和塑性，另一方面是為了改善Mg17Al12相的形態(tài)和分布，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和塑性，加入Mn是為了保證合金的抗腐蝕性能，Zn的加入可以提高合金的鑄造性能。本發(fā)明形成的合金的晶粒和Mg17Al12相尺寸明顯細(xì)化，沿晶界分布的粗大Mg17Al12相全部轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小粒狀顆粒，基體中的Mg17Al12相明顯增多，分布更加均勻，合金的鑄造性能好于AZ91鎂合金，耐腐蝕性能及成本與鎂合金AZ91相當(dāng)，合金的強(qiáng)度和塑性明顯好于相同鑄造方法下的AM50和AZ91鎂合金。
本發(fā)明優(yōu)選配方(重量百分比)為3.0-9.0％Al，0.5％Zn，0.01-0.2％Ti，0.2％Mn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni總量小于0.002％，其余為Mg。以Mg-5Al-0.5Zn-0.1Ti合金為例(金屬型)，合金的晶粒平均尺寸由135μm降為43μm，Mg17Al12相的平均尺寸從23μm降為3μm，合金的抗拉強(qiáng)度為222MPa、屈服強(qiáng)度156MPa、延伸率14％，分別比Mg-5Al-0.5Zn合金提高了30MPa、15MPa、6％以上；與常用工業(yè)鎂合金相比，新合金的強(qiáng)度和塑性明顯好于相同鑄造方法下的AM50鎂合金，合金的鑄造性能好于AZ91鎂合金，耐腐蝕性能及成本與鎂合金AZ91相當(dāng)。
本發(fā)明上述合金的熔鑄工藝，熔煉過(guò)程在氣體或覆蓋劑保護(hù)條件下進(jìn)行，將工業(yè)純鎂完全熔化后，再分別以工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁、Al-Mn中間合金、Al-Ti中間合金形式加入合金元素Zn，Al，Mn，Ti，待合金元素全部溶解后，攪拌均勻，撈去表面浮渣后進(jìn)行鑄造，鑄造方法可采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂鑄。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，通過(guò)加入少量的Ti元素，不僅明顯細(xì)化了合金的晶粒，而且明顯改善了Mg17Al12相的形貌，沿晶界分布的粗大Mg17Al12相全部轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小粒狀顆粒，基體中的Mg17Al12相明顯增多，分布更加均勻，從而大大提高了合金的強(qiáng)度和塑性，解決了常用工業(yè)Mg-Al基鎂合金強(qiáng)度和塑性較差的問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1合金的成分(重量百分比)為9.0％Al、0.5％Zn、0.2％Ti、0.2％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。合金的熔鑄工藝為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用SF60.5％/CO2混合氣體保護(hù)，待鎂完全熔化后，在680℃加入工業(yè)純鋅0.06Kg、工業(yè)純鋁0.50Kg和Al-10Mn中間合金0.25Kg，在780℃加入Al-10Ti中間合金0.25Kg并在該溫度下保溫30分鐘，保溫過(guò)程中每隔10分鐘攪拌一次，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，降溫至720～730℃的澆注溫度下靜置5～10分鐘，然后撈去表面浮渣后即可用澆勺澆入壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄。本發(fā)明合金的晶粒平均尺寸為32μm，Mg17Al12相的平均尺寸為2.5μm，合金的抗拉強(qiáng)度為251MPa、屈服強(qiáng)度162MPa、延伸率10％。
實(shí)施例2合金的成分(重量百分比)為5.0％Al、0.5％Zn、0.1％Ti、0.2％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。合金的熔鑄工藝為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用覆蓋劑保護(hù)，待鎂完全熔化后，在670℃加入工業(yè)純鋅0.05Kg、工業(yè)純鋁0.07Kg和Al-10Mn中間合金0.25Kg，在760℃加入Al-10Ti中間合金0.15Kg并在該溫度下保溫30分鐘，保溫過(guò)程中每隔10分鐘攪拌一次，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，降溫至720～730℃的澆注溫度下靜置5～10分鐘，然后撈去表面浮渣后即可用澆包進(jìn)行金屬型鑄造。本發(fā)明合金的晶粒平均尺寸為43μm，Mg17Al12相的平均尺寸為3.0μm，合金的抗拉強(qiáng)度為222MPa、屈服強(qiáng)度156MPa、延伸率14％。
實(shí)施例3合金的成分(重量百分比)為3.0％Al、0.5％Zn、0.01％Ti、0.2％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。合金的熔鑄工藝為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用SF60.5％/CO2混合氣體保護(hù)，待鎂完全熔化后，在650℃加入工業(yè)純鋅0.06Kg、工業(yè)純鋁0.06Kg和Al-10Mn中間合金0.25Kg，在750℃加入Al-10Ti中間合金0.015Kg并在該溫度下保溫30分鐘，保溫過(guò)程中每隔10分鐘攪拌一次，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，降溫至720～730℃的澆注溫度下靜置5～10分鐘，然后撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造。本發(fā)明合金的晶粒平均尺寸為30μm，Mg17Al12相的平均尺寸為2.0μm，合金的抗拉強(qiáng)度為232MPa、屈服強(qiáng)度149MPa、延伸率15％。
實(shí)施例4合金的成分(重量百分比)為9.0％Al、1.0％Zn、0.2％Ti、0.4％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。合金的熔鑄工藝為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用SF60.5％/CO2混合氣體保護(hù)，待鎂完全熔化后，在680℃加入工業(yè)純鋅0.11Kg、工業(yè)純鋁0.32Kg和Al-10Mn中間合金0.45Kg，在750℃加入Al-10Ti中間合金0.25Kg并在該溫度下保溫30分鐘，保溫過(guò)程中每隔10分鐘攪拌一次，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，降溫至720～730℃的澆注溫度下靜置5～10分鐘，然后撈去表面浮渣后即可用澆勺澆入壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄。本發(fā)明合金的晶粒平均尺寸為45μm，Mg17Al12相的平均尺寸為3μm，合金的抗拉強(qiáng)度為257MPa、屈服強(qiáng)度163MPa、延伸率9％。
實(shí)施例5合金的成分(重量百分比)為3.0％Al、0.2％Zn、0.01％Ti、0.1％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。合金的熔鑄工藝為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用SF6 0.5％/CO2混合氣體保護(hù)，待鎂完全熔化后，在650℃加入工業(yè)純鋅0.025Kg、工業(yè)純鋁0.18Kg和Al-10Mn中間合金0.12Kg，在750℃加入Al-10Ti中間合金0.015Kg并在該溫度下保溫30分鐘，保溫過(guò)程中每隔10分鐘攪拌一次，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，降溫至720～730℃的澆注溫度下靜置5～10分鐘，然后撈去表面浮渣后即可用澆包進(jìn)行砂型鑄造。本發(fā)明合金的晶粒平均尺寸為51μm，Mg17Al12相的平均尺寸為4.0μm，合金的抗拉強(qiáng)度為200MPa、屈服強(qiáng)度135MPa、延伸率11％。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Al基鎂合金，其特征在于，包含的各成分及其重量百分比為3.0-9.0％Al，0.2-1.0％Zn，0.01-0.2％Ti，0.1-0.4％Mn，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高塑性Mg-Al基鎂合金，其特征是，優(yōu)選配方重量百分比為3.0-9.0％Al，0.5％Zn，0.01-0.2％Ti，0.2％Mn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni總量小于0.002％，其余為Mg。
全文摘要
一種高強(qiáng)度高塑性Mg－Al基鎂合金，用于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。合金包含的各成分及其重量百分比為3.0－9.0％Al，0.2－1.0％Zn，0.01－0.2％Ti，0.1－0.4％Mn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。本發(fā)明以Al為基本成分，通過(guò)在鎂合金中加入少量的Ti，明顯細(xì)化了Mg－Al基鎂合金的晶粒，有效改善了Mg
文檔編號(hào)C22C23/02GK1563459SQ20041001786
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者劉滿平, 王渠東, 曾小勤, 盧晨, 丁文江 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)