專利名稱：用于變質(zhì)Mg－Al－Si系鎂合金中漢字狀Mg的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相的方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Mg-Al-Si系鎂合金由于具有高溫性能較好和成本較低等方面的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種適合150℃以下有發(fā)展前途的高溫抗蠕變鎂合金。與Mg-Al-RE系等鎂合金相比，Mg-Al-Si系鎂合金的耐熱強(qiáng)化機(jī)理主要在于通過引入低成本合金元素Si在晶界處形成細(xì)小彌散的Mg2Si相來實(shí)現(xiàn)。由于Mg2Si相具有高熔點(diǎn)(1085℃)、與基體相近的低密度(1.99g/cm-3)、高彈性模量及低熱膨脹系數(shù)(7.5×10-6K-1)等特點(diǎn)，其在300℃以下相當(dāng)穩(wěn)定，從而使得Mg-Al-Si系鎂合金具有較高的高溫抗蠕變性能。實(shí)際上早在上世紀(jì)70年代，人們就已經(jīng)開始了Mg-Al-Si系耐熱鎂合金的研究，并先后開發(fā)出了AS41、AS31、AS21和AS21X等耐熱鎂合金，其中AS41合金在175℃時(shí)的蠕變強(qiáng)度高于AZ91和AM60合金，且具有良好的韌性、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而AS21合金的蠕變強(qiáng)度和抗蠕變溫度甚至比AS41合金還高。盡管目前這些已開發(fā)出的Mg-Al-Si系鎂合金有較高的高溫性能，但其推廣應(yīng)用仍因其綜合力學(xué)性能較差等原因而受到一定程度的限制。正如前面說述，Mg-Al-Si系鎂合金的耐熱強(qiáng)化機(jī)理主要在于通過引入低成本合金元素Si在晶界處形成Mg2Si相來實(shí)現(xiàn)，但由于Si在Mg-Al-Si系鎂合金中形成的Mg2Si相多以粗大漢字狀形貌出現(xiàn)，而漢字狀形貌的Mg2Si相周圍存在很大的應(yīng)力集中，會(huì)促進(jìn)合金組織中顯微空洞的萌生和擴(kuò)展，并且隨著溫度升高，空洞會(huì)隨之增大，導(dǎo)致合金力學(xué)性能大幅度降低，尤其是延伸率，并且冷卻速度越慢越容易導(dǎo)致粗大漢字塊形態(tài)的Mg2Si相生成，使得Mg-Al-Si系鎂合金目前僅適用于冷卻速率較快的壓鑄件，而無法用于重力鑄造和砂型鑄造等工藝。因此，如何加強(qiáng)Mg-Al-Si系鎂合金中Mg2Si相形貌的變質(zhì)研究，使Mg2Si相由粗大漢字狀形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小彌散分布的多邊形狀和/或球狀，對(duì)于提高和改善Mg-Al-Si系鎂合金的綜合力學(xué)性能并進(jìn)而擴(kuò)大其工業(yè)化應(yīng)用就顯得尤為關(guān)鍵。
近10多年來，國(guó)內(nèi)外從合金化和/或微合金化角度出發(fā)，圍繞合金元素變質(zhì)Mg-Al-Si系耐熱鎂合金中Mg2Si相的漢字狀形貌開展了大量的研究工作，并先后報(bào)道了添加適量Ca、Sr、P或Sb等合金元素可以改善Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相的研究結(jié)果?；谶@些研究結(jié)果，雖然適量添加這些合金元素可以在一定程度上變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中Mg2Si相的漢字狀形貌，但同時(shí)又由于這些合金元素添加帶來各自的問題而使得通過合金化和/或微合金化來變質(zhì)Mg2Si相形貌這一方法受到一定的限制，如添加Sb帶來的成分偏析和變質(zhì)效果不佳、添加Ca帶來的鑄造熱裂以及添加Sr和P帶來的加入方式和變質(zhì)效果等問題。也正是由于這些存在的問題，使得通過合金化和/或微合金化變質(zhì)Mg2Si相形貌這一方法目前還難以滿足Mg-Al-Si系鎂合金工業(yè)化應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避開現(xiàn)有采用合金化和/或微合金化變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相這一傳統(tǒng)方法，提出采用等溫?zé)崽幚碜冑|(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相的新方法，使Mg2Si相的漢字狀形貌變質(zhì)，以便Mg-Al-Si系鎂合金可用于冷卻速率較慢的重力鑄造和砂型鑄造等工藝，擴(kuò)大Mg-Al-Si系鎂合金的應(yīng)用范圍。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相的等溫?zé)崽幚矸椒?。從圖1可以看到，本方法是將一定成分的Mg-Al-Si系鎂合金按成分配比熔化后升溫到720～740℃，撈去合金液表面浮渣，然后進(jìn)行重力鑄造或砂型鑄造，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的固溶處理溫度后，將合金放入箱式電阻爐中，在保護(hù)氣氛下保溫12～24小時(shí)，然后取出快速淬入水中。
采用本方法變質(zhì)漢字狀Mg2Si相的機(jī)理在于Mg2Si/Mg界面處存在位錯(cuò)和空位等缺陷，點(diǎn)陣畸變較大、原子處于較高能量狀態(tài)，且這些地方原子排列一般不規(guī)則、比較開闊，原子運(yùn)動(dòng)阻力小，從而為Si原子擴(kuò)散提供了通道，因此在固溶溫度進(jìn)行等溫?zé)崽幚頃r(shí)，粗大的漢字狀Mg2Si相表面凹坑和凸起處的Si原子有可能在界面張力作用下逐漸脫離Mg2Si點(diǎn)陣，然后沿Mg2Si/Mg界面擴(kuò)散進(jìn)入Mg點(diǎn)陣，并在新的位置形成Mg2Si顆粒，且最終使Mg2Si相凹坑越來越深，直至斷裂，而凸起則變平，從而使得Mg2Si相形貌從漢字狀變?yōu)榱詈?或球狀，實(shí)現(xiàn)漢字狀Mg2Si相形貌的變質(zhì)。此外，由于合金凝固冷卻和等溫?zé)崽幚硖幱谶B續(xù)過程之中，使得合金一直處于溫度較高的狀態(tài)，Si原子在Mg2Si/Mg界面處的擴(kuò)散能力得到大大加強(qiáng)，使上述過程發(fā)生的時(shí)間大大縮短，更易導(dǎo)致漢字狀Mg2Si相形貌的變質(zhì)。
因此，采用本方法進(jìn)行變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相處理，可以對(duì)Mg-Al-Si系鎂合金進(jìn)行有效變質(zhì)的同時(shí)，又避免了傳統(tǒng)方法加入Ca、Sr、P或Sb等合金元素帶來的問題，使Mg-Al-Si系鎂合金可用于重力鑄造和砂型鑄造等工藝，擴(kuò)大了Mg-Al-Si系鎂合金的應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明提出的等溫?zé)崽幚矸椒ǖ臏囟?時(shí)間關(guān)系示意圖；圖2是實(shí)施例1得到的合金的金相組織圖；圖3是實(shí)施例2得到的合金的金相組織圖；圖4是實(shí)施例3得到的合金的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式以下通過具體的三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施工藝和效果作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例1Mg-4Al-1Si合金實(shí)施過程按Mg-4Al-1Si合金成分配置合金并將其熔化，當(dāng)溫度升到740℃時(shí)，撈去合金液表面浮渣，然后進(jìn)行重力鑄造，在重力鑄造過程中當(dāng)合金冷卻到415℃時(shí)，將合金放入已升至415℃且有保護(hù)氣氛的箱式電阻爐中保溫20小時(shí)，然后快速?gòu)碾娮锠t中取出淬入水中。對(duì)采用本發(fā)明提出方法得到的合金作金相組織分析，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看到，采用本發(fā)明提出方法處理合金后，合金組織中的漢字狀Mg2Si相已不十分明顯，說明采用本發(fā)明提出的方法處理重力鑄造Mg-4Al-1Si合金，可以使合金組織中的漢字狀Mg2Si相變質(zhì)。
實(shí)施例2Mg-6Al-1Si合金實(shí)施過程按Mg-6Al-1Si合金成分配置合金并將其熔化，當(dāng)溫度升到720℃時(shí)，撈去合金液表面浮渣，然后進(jìn)行重力鑄造，在砂型鑄造過程中當(dāng)合金冷卻到420℃時(shí)，將合金放入已升至420℃且有保護(hù)氣氛的的箱式電阻爐中保溫16小時(shí)，然后快速?gòu)碾娮锠t中取出淬入水中。對(duì)采用本發(fā)明提出方法得到的合金作金相組織分析，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看到，采用本發(fā)明提出方法處理合金后，合金組織中的漢字狀Mg2Si相已不十分明顯，說明采用本發(fā)明提出的方法處理砂型鑄造Mg-6Al-1Si合金，可以使合金組織中的漢字狀Mg2Si相變質(zhì)。
實(shí)施例3Mg-6Al-1Si-1Zn合金實(shí)施過程按Mg-6Al-1Si-1Zn合金成分配置合金并將其熔化，當(dāng)溫度升到730℃時(shí)，撈去合金液表面浮渣，然后進(jìn)行重力鑄造，在重力鑄造過程中當(dāng)合金冷卻到425℃時(shí)，將合金放入已升至425℃且有保護(hù)氣氛的的箱式電阻爐中保溫14小時(shí)，然后快速?gòu)碾娮锠t中取出淬入水中。對(duì)采用本發(fā)明提出方法得到的合金作金相組織分析，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看到，采用本發(fā)明提出方法處理合金后，合金組織中的漢字狀Mg2Si相已不十分明顯，說明采用本發(fā)明提出的方法處理重力鑄造Mg-6Al-1Si-1Zn合金，可以使合金組織中的漢字狀Mg2Si相變質(zhì)。
權(quán)利要求
1.用于變質(zhì)Mg-Al-Si系鎂合金中漢字狀Mg2Si相的等溫?zé)崽幚矸椒?，其特征在于將Mg-Al-Si系鎂合金按成分配比熔化后升溫到720～740℃，撈去合金液表面浮渣，然后進(jìn)行鑄造，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的固溶處理溫度后，將合金在保護(hù)氣氛下保溫12-24小時(shí)，然后取出快速淬入水中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫?zé)崽幚矸椒ǎ涮卣髟谟阼T造為重力鑄造或砂型鑄造。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于變質(zhì)Mg－Al－Si系鎂合金中漢字狀Mg
文檔編號(hào)B22D21/04GK1936062SQ200610095200
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月14日
發(fā)明者楊明波, 潘復(fù)生, 湯愛濤, 白亮 申請(qǐng)人:重慶工學(xué)院