專利名稱：一種鎂合金的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型高強(qiáng)、高韌鎂合金的加工方法。該發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金為目前最輕的結(jié)構(gòu)金屬，密度約為鋁的3/5，鋼的1/4。鎂合 金還具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及電磁屏蔽性等諸多優(yōu)點(diǎn)。鎂合金零部件已 經(jīng)在汽車工業(yè)與電子通訊產(chǎn)品上得到一定范圍內(nèi)的應(yīng)用，但是，鎂合金零 部件由于強(qiáng)度較低，限制了其在工業(yè)上進(jìn)一步應(yīng)用，尤其是汽車工業(yè)上的 應(yīng)用。目前主要采用變形與添加大量稀土元素來提高鎂合金的力學(xué)性能，這 兩種方法由于成本高、成品率低等原因而無法適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。目前，絕大多數(shù)鎂合金零部件采用壓鑄技術(shù)生產(chǎn)。由于壓鑄過程中， 熔體注射速度較高，氣體易巻進(jìn)熔體，并在高溫、高壓條件下進(jìn)入熔體， 因而壓鑄件不適宜焊接和熱處理。同時(shí)，壓鑄鎂合金零部件的力學(xué)性能普 遍力學(xué)性能不夠高，AZ91D合金經(jīng)壓鑄后抗拉強(qiáng)度只能達(dá)到230MPa左右， 無法滿足一些力學(xué)性能要求較高的場(chǎng)合，如汽車輪轂的生產(chǎn)。雖然塑性加 工可明顯改善鎂合金的力學(xué)性能，但目前能夠進(jìn)行塑性加工的鎂合金牌號(hào) 較少，目前較常見的形變鎂合金僅有AZ31、 ZK60等。由于鎂合金為密排 六方結(jié)構(gòu)，擠壓變形產(chǎn)品的力學(xué)性能在平行和垂直于擠壓方向表現(xiàn)出較嚴(yán) 重的各向異性；擠壓件另一力學(xué)不對(duì)稱現(xiàn)象就是抗壓屈服強(qiáng)度要比抗拉屈 服強(qiáng)度明顯減小。同時(shí)，鎂合金的塑性加工效率低，成品率也較低，無形 之中增加了鎂合金零部件的成本。近幾年發(fā)明的觸變成形技術(shù)所生產(chǎn)的鑄 件具有組織細(xì)小、均勻的特征，同時(shí)也避免了氣孔、縮松和熱裂現(xiàn)象，但 由于鎂粒的氧化問題而影響了該工藝在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。因此，提供一種可顯著改善鑄件內(nèi)部組織，提高鑄件力學(xué)性能，以滿 足汽車鎂合金輪轂、方向盤、剎車活塞助力器等零部件生產(chǎn)需要的鎂合金
的加工方法就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)、高韌鎂合金加工方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案-一種鎂合金的加工方法，其步驟如下-(1) 將鎂合金熔煉好后，澆入SF6和C02的混合氣體保護(hù)的恒溫爐中 保溫，熔體溫度保持在620-580°C，保持10-15分鐘；(2) 經(jīng)電磁攪拌后，利用壓力為0.2-0. 3個(gè)大氣壓的S&和C02的混 合氣體將步驟(1)所得漿料壓入型腔中進(jìn)行充型，充型速度0. 2-0. 6Kg/s; 時(shí)間0.2~0.4分鐘，由氣壓大小來控制，模具溫度250-28(TC;型腔溫度 為240-260°C;(3) 充型完畢后50-150ms內(nèi)加壓至100-150MPa，待鑄件凝固后去壓， 得鎂合金。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟(3)之后，再加如下步驟(4) 固溶處理去壓后的鑄件經(jīng)420-43(TC固溶處理18-20小時(shí)，S02 氣體保護(hù)，水淬至室溫。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟(4)之后，再加如下步驟(5) 時(shí)效溫度為200-210°C，時(shí)效時(shí)間為8-9小時(shí)。 本發(fā)明的方法結(jié)合半固態(tài)與高壓凝固手段，通過凝固過程中的兩次集中形核，可有效細(xì)化鎂合金零部件組織、消除氣孔、疏松、成分偏析與熱 裂傾向，采用該方法成形的鎂合金零部件的力學(xué)性能較常規(guī)壓鑄生產(chǎn)工藝 有明顯的提高，同時(shí)還能進(jìn)行后續(xù)熱處理時(shí)效。本發(fā)明的方法通過鎂合金熔體在兩相區(qū)間的保溫，并形成一定比例的 固相，經(jīng)電磁攪拌后，再利用低壓鑄造方式充型，待型腔中氣體充分逃逸， 封閉型腔，并對(duì)熔體施加100-150MPa左右高壓，使熔體高壓凝固成形。 通過該方法加工的鎂合金AZ91D合金，室溫強(qiáng)度較壓鑄方法有20%左右的 提高，屈服強(qiáng)度(0。.2)可超過180MPa，抗拉強(qiáng)度(ob)可超過280MPa， 伸長率(55)》5%;將鑄件進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理后，屈服強(qiáng)度超過200MPa， 抗拉強(qiáng)度可超過310MPa。
本發(fā)明所涉及的原理為鎂合金熔體經(jīng)凈化處理后，傳送到恒溫爐中，對(duì)AZ91D合金熔體溫度保持在580'C-62(TC范圍內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫， 形成一定比例的a晶核，然后經(jīng)電磁攪拌后充型，充型完畢后施以高壓， 根據(jù)Clausius-Clapeyron公式，熔體的平衡凝固溫度隨外界壓力增大而 上升(V々Vs)，因而在高壓下就很容易得到較大的過冷度。經(jīng)理論計(jì)算表 明在150MPa的壓力下，AZ91D合金的液相線溫度可以提升l(TC左右。 因而導(dǎo)致較大的形核驅(qū)動(dòng)力，促使剩余液相的第二次集中形核。因而，在 半固態(tài)與高壓凝固條件下，鎂合金鑄件的顯微組織可得到明顯細(xì)化，同時(shí) 消除了氣孔、熱裂、成分偏析等鑄造缺陷。本發(fā)明所涉及的新型鎂合金加工方法主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)1. 釆用低壓氣體將鎂合金熔體充型，可避免氣體巻入熔體。2. 進(jìn)行壓力加工前，型腔中的氣體可從氣縫中逃逸。3. 模具具有足夠的高溫強(qiáng)度，保證承受盡可能大的壓力。4. 主要通過控制熔體保溫溫度、保溫時(shí)間、充型速度(Kg/s)、模具 溫度(°C)等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)制件組織與性能的控制。下面通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不意味著對(duì)本發(fā) 明保護(hù)范圍的限制。
具體實(shí)施方式
對(duì)比實(shí)施例現(xiàn)有AZ91D合金主要采用壓鑄工藝生產(chǎn)，原料經(jīng)熔化精煉工序后， 采用60-150MPa的壓射比壓噴射熔體，充型速度為60-90m/s，鑄造比壓為 60-100MPa，模溫為180-250°C，澆鑄溫度為660-690°C。產(chǎn)品的鑄態(tài)性能 為屈服強(qiáng)度為160-175MPa，抗拉強(qiáng)度為220-230MPa，伸長率為2-4%(ASTM -B557,靜態(tài)拉伸)。晶粒尺寸為38. 5ti m (GB/T6394-2002,直線截點(diǎn)法)。 實(shí)施例lAZ91D合金熔煉好后，澆入SFe和C02的混合氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫， 熔體溫度保持在62(TC,保持10分鐘，經(jīng)電磁攪拌2分鐘后，利用低壓 0. 2-0. 3個(gè)大氣壓的SF6/C(V混合氣體將漿料壓入型腔中，充型速度0. 6Kg/s， 模具溫度256'C;充型時(shí)間為0.2分鐘，型腔溫度為240'C,充型完畢加 壓。待鑄件冷卻到室溫后去壓。鑄件經(jīng)420'C固溶處理18小時(shí)，S02氣體 保護(hù)，水淬至室溫。時(shí)效溫度為200'C,時(shí)效時(shí)間為8小時(shí)。
平均晶粒尺寸36.4um。 (GB/T6394-2002,直線截點(diǎn)法，下同) AZ91D合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能為-抗拉強(qiáng)度286MPa,屈服強(qiáng)度薩Pa，延伸率6.4%。 (ASTM-B557， 靜態(tài)拉伸，下同)AZ91D的室溫T6態(tài)力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度316.牆，屈服強(qiáng)度2匿a，延伸率3.2%。 實(shí)施例2AZ91D合金熔煉好后，澆入SF6/C02氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫 度保持在62(TC保持15分鐘，經(jīng)電磁攪拌2分鐘后，利用低壓SFe/C(V混 合氣體將漿料壓入型腔中，充型速度0.2Kg/s,模具溫度25(TC;充型時(shí)間 為0.2分鐘，型腔溫度為24(TC，充型完畢加壓。待鑄件冷卻到室溫后去 壓。鑄件經(jīng)420。C固溶處理18小時(shí)，S02氣體保護(hù)，水淬至室溫。時(shí)效溫 度為20(TC，時(shí)效時(shí)間為8小時(shí)。平均晶粒尺寸35.8um。AZ91D合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度278MPa，屈服強(qiáng)度172MPa，延伸率6.8%。 AZ91D的室 溫T6態(tài)力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度306MPa，屈服強(qiáng)度醒Pa，延伸率3.7%。 實(shí)施例3AZ91D合金熔煉好后，澆入SF6/C02氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫 度保持在600'C保持10分鐘，經(jīng)電磁攪拌2分鐘后，利用低壓SF6,/C(V混 合氣體將漿料壓入型腔中，充型速度0. 4Kg/s，模具溫度280'C;充型時(shí)間 為0.2分鐘，型腔溫度為240。C，充型完畢加壓。待鑄件冷卻到室溫后去 壓。鑄件經(jīng)420'C固溶處理18小時(shí)，S02氣體保護(hù)，水淬至室溫。時(shí)效溫 度為20(TC，時(shí)效時(shí)間為8小時(shí)。平均晶粒尺寸32.7"m。AZ91D合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度2雷a，屈服強(qiáng)度205MPa,延伸率6.5%。AZ91D的室溫T6態(tài)力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度327MPa，屈服強(qiáng)度228MPa，延伸率4.3%。 實(shí)施例4AZ91D合金熔煉好后，澆入SFs/C02氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫 度保持在60(TC保持15分鐘，經(jīng)電磁攪拌2分鐘后，利用低壓SF6/C02混 合氣體將漿料壓入型腔中，充型速度0. 6Kg/s,模具溫度256°C;充型時(shí)間 為0.2分鐘，型腔溫度為240'C,充型完畢加壓。待鑄件冷卻到室溫后去 壓。鑄件經(jīng)42(TC固溶處理18小時(shí)，S02氣體保護(hù)，水淬至室溫。時(shí)效溫 度為200。C，時(shí)效時(shí)間為8小時(shí)。平均晶粒尺寸33. lym。AZ91D合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度286MPa，屈服強(qiáng)度191 MPa，延伸率6.3%。 AZ91D的室溫T6態(tài)力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度317MPa，屈服強(qiáng)度207MPa,延伸率4.0%。 實(shí)施例5AZ91D合金熔煉好后，澆入SF6/C02氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫 度保持在58(TC保持10分鐘，經(jīng)電磁攪拌2分鐘后，利用低壓SF6/C(V混 合氣體將漿料壓入型腔中，充型速度0. 6Kg/s,模具溫度28(TC;充型時(shí)間 為0.2分鐘，型腔溫度為24(TC，充型完畢加壓。待鑄件冷卻到室溫后去 壓。鑄件經(jīng)42(TC固溶處理18小時(shí)，S02氣體保護(hù)，水淬至室溫。時(shí)效溫 度為20(TC，時(shí)效時(shí)間為8小時(shí)。平均晶粒尺寸37.5"ra。AZ91D合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度282MPa,屈服強(qiáng)度薩Pa，延伸率6.6%。AZ91D的室溫T6態(tài)力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度311MPa，屈服強(qiáng)度212MPa，延伸率3.5%。
權(quán)利要求
1. 一種鎂合金的加工方法，其步驟如下(1)將鎂合金熔煉好后，澆入SF6和CO2的混合氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫度保持在620-580℃，保持10-15分鐘；(2)經(jīng)電磁攪拌后，利用壓力為0.2-0.3個(gè)大氣壓的SF6和CO2的混合氣體將步驟(1)所得漿料壓入型腔中進(jìn)行充型，充型速度0.2-0.6Kg/s，時(shí)間0.2-0.4分鐘，型腔溫度為240-260℃，模具溫度250-280℃；(3)充型完畢后50-150ms內(nèi)加壓至100-150MPa，待鑄件凝固后去壓，得鎂合金。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金的加工方法，其特征在于所述步驟(3)之后，再加如下步驟(4) 固溶處理去壓后的鑄件經(jīng)420-43(TC固溶處理18-20小時(shí)，S02 氣體保護(hù)，水淬至室溫。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的加工方法，其特征在于所述步驟(4)之后，再加如下步驟(5) 時(shí)效溫度為200-210°C,時(shí)效時(shí)間為8-9小時(shí)。
全文摘要
一種鎂合金的加工方法，其步驟如下(1)將鎂合金熔煉好后，澆入SF₆/CO₂氣體保護(hù)的恒溫爐中保溫，熔體溫度保持在620-580℃，保持10-15分鐘；(2)經(jīng)電磁攪拌后，利用0.2-0.3個(gè)大氣壓的SF₆和CO₂混合氣體將步驟(1)所得漿料壓入型腔中進(jìn)行充型，充型速度0.2-0.6Kg/s，模具溫度250-280℃；型腔溫度為240-260℃，時(shí)間0.2-0.4分鐘；(3)充型完畢后加壓100-150MPa，待鑄件凝固后去壓即可。本發(fā)明的方法結(jié)合半固態(tài)與高壓凝固手段，通過凝固過程中的兩次形核，可有效細(xì)化鎂合金零部件組織、消除氣孔、疏松、成分偏析與熱裂傾向，采用該方法成形的鎂合金零部件的力學(xué)性能較常規(guī)壓鑄生產(chǎn)工藝有明顯的提高，同時(shí)還能進(jìn)行后續(xù)熱處理時(shí)效。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101210295SQ20061016965
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者李德富, 健 沈, 鄒宏輝, 馬志新 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院