專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料的技術(shù)領(lǐng)域，涉及金屬材料的加工方法，更具體地說(shuō)， 本發(fā)明涉及一種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是密度最小的結(jié)構(gòu)金屬材料，具有剛度好，比強(qiáng)度高，減振性?xún)?yōu)良 等特性。鑒于這些特點(diǎn)，鎂合金的應(yīng)用獲得了人們的極大關(guān)注，由于"節(jié)能、 環(huán)保、可再生、輕量化"理念的深化，鎂合金己成為首選的工業(yè)應(yīng)用金屬材料。
過(guò)去，鎂合金應(yīng)用僅限于航空航天。近來(lái)，隨著鎂合金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展， 各種鎂合金成型加工方法的發(fā)展和完善，使鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用越來(lái)越 廣泛，引起制造業(yè)相關(guān)人員的極大興趣。特別是現(xiàn)在大家對(duì)"節(jié)能、環(huán)保"的 高度共識(shí)，更擴(kuò)大了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在，鎂合金在汽車(chē)、電子器件、體 育用品、日用品等都顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
近幾年，鎂合金的各種成型加工技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，許多先進(jìn)的成型技術(shù) 被開(kāi)發(fā)出來(lái)。如，過(guò)去傳統(tǒng)的壓鑄成型法，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到真空壓鑄、充氧壓 鑄。而在當(dāng)前的成型加工技術(shù)中，半固態(tài)技術(shù)，引起材料界和工程界的極大興 趣。由于鎂合金在熔煉處理過(guò)程中，容易產(chǎn)生氧化、燃燒，在安全性方面存在 隱患。而半固態(tài)技術(shù)，為鎂合金解決這些問(wèn)題提供了解決的方案。
在20世紀(jì)70年代以來(lái)，半固態(tài)成型技術(shù)(Semi-SolidForming)得到迅速 發(fā)展。經(jīng)過(guò)近30年的研究開(kāi)發(fā)，半固態(tài)技術(shù)已經(jīng)部分應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)?，F(xiàn)在， 半固態(tài)主要應(yīng)用在輕金屬及其合金。其中，鋁合金的研究較系統(tǒng)而全面，而鎂 合金的半固態(tài)成型技術(shù)，主要集中在幾種常用鑄造用合金上。 到現(xiàn)在為止，鎂合金半固態(tài)成型技術(shù)有多種方法，總體的可以分為流變成
型(Rheoforming)、觸變成型(Thixoforming)和注射成型(Injectionforming)。
經(jīng)過(guò)加熱熔煉的合金原料液體通過(guò)機(jī)械攪拌、電磁攪拌或其他復(fù)合攪拌， 在結(jié)晶凝固過(guò)程中形成半固態(tài)槳料，接下來(lái)的工藝分為兩種
一種是將半固態(tài)漿料直接壓入模具腔進(jìn)而壓鑄成形或?qū)Π牍虘B(tài)漿料進(jìn)行直 接軋制、擠壓等加工方式成形，即流變成形(Rheoforming)。
另一種是將半固態(tài)漿料制成錠坯，經(jīng)過(guò)重新加熱至半固態(tài)溫度，形成半固 態(tài)漿料再進(jìn)行成形加工，即觸變成形(Thixoforming)。
而注射成型(Injectionforming),是直接把熔化的金屬液冷卻至適宜的溫度， 并輔以一定的工藝條件，使合金液成為半固態(tài)狀，半固態(tài)料壓射入型腔成形。
在上述介紹的半固態(tài)成型技術(shù)中，得以較深入研究和快發(fā)展的成型技術(shù)是 觸變成型。現(xiàn)在己經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，但是在半固態(tài)坯料的制備方面，還有許多 需要研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，特別是半固態(tài)材料的批量穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)仍然存在較多需 要改進(jìn)的問(wèn)題。在市場(chǎng)上出售的半固態(tài)坯料價(jià)格高昂，且形成壟斷性質(zhì)，致使 半固態(tài)的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域狹窄。
為了降低成本，優(yōu)化工藝，針對(duì)半固態(tài)坯料的制備，開(kāi)發(fā)出多種制備工藝， 但是成本仍然居高不下，工藝的穩(wěn)定性也較難以保證。
目前，半固態(tài)坯料的制備方法有機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔 化激活法。
機(jī)械攪拌是制備半固態(tài)合金最早使用的方法。Flemings等人用一套由同心 帶齒內(nèi)外筒組成的攪拌裝置(外筒旋轉(zhuǎn)，內(nèi)筒靜止)，成功地制備了錫-鉛合金半 固態(tài)漿液。后人又對(duì)攪拌器進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)改進(jìn)，改善了漿液的攪拌效果， 強(qiáng)化了型內(nèi)金屬液的整體流動(dòng)強(qiáng)度，并使金屬液產(chǎn)生向下壓力，促進(jìn)澆注，提
高了鑄錠的力學(xué)性能。
電磁攪拌是利用旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，金屬液在洛倫磁力 的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)金屬液攪拌的目的。目前，主要有兩種方法產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 一種是在感應(yīng)線圈內(nèi)通交變電流的傳統(tǒng)方法；另一種是旋轉(zhuǎn)永磁 體法，其優(yōu)點(diǎn)是電磁感應(yīng)器由高性能的永磁材料組成，其內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度 高，通過(guò)改變永磁體的排列方式，可使金屬液產(chǎn)生明顯的三維流動(dòng)，提高了攪 拌效果，減少了攪拌時(shí)的氣體巻入。
應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法是將常規(guī)鑄錠經(jīng)過(guò)預(yù)變形。如進(jìn)行擠壓、滾壓等熱加 工制成半成品棒料，這時(shí)的顯微組織具有強(qiáng)烈的拉長(zhǎng)形變結(jié)構(gòu)，然后加熱到固 液兩相區(qū)等溫一定時(shí)間，被拉長(zhǎng)的晶粒變成了細(xì)小的顆粒，隨后快速冷卻，獲 得非枝晶組織鑄錠。應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法適用于各種高、低熔點(diǎn)的合金系列， 尤其對(duì)制備較高熔點(diǎn)的非枝晶合金具有獨(dú)特的優(yōu)越性，己成功應(yīng)用于不銹鋼、 工具鋼和銅合金、鋁合金系列，獲得了晶粒尺寸20um左右的非枝晶組織合金， 正成為一種有競(jìng)爭(zhēng)力的制備半固態(tài)成形原材料的方法。但是，它的最大缺點(diǎn)是 制備的坯料尺寸較小，工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，輔助設(shè)備多。
上述介紹的半固態(tài)坯料的制備方法，在應(yīng)用中都需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)， 需要較多輔助設(shè)備，實(shí)施中也存在較多的問(wèn)題，同時(shí)輔助設(shè)備的增加，也較大 的增加了開(kāi)發(fā)生產(chǎn)成本。
例如，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN101108413A
公開(kāi)日為2008年1月23日、名 稱(chēng)為冷室壓射套筒內(nèi)的半固態(tài)材料成型的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種用壓鑄機(jī)料筒 制備半固態(tài)坯料的方法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以在料筒中對(duì)合金液進(jìn)行半固態(tài) 處理，得到的半固態(tài)料直接進(jìn)行后繼壓鑄成型，得到符合要求的半固態(tài)毛坯零 件。其不足之處是，需要在料筒上安裝多種復(fù)雜的輔助控制設(shè)備，增加生產(chǎn)成
本；同時(shí)，對(duì)設(shè)備工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，增加操作復(fù)雜性；特別是安裝的感應(yīng)混 料裝置，在生產(chǎn)中，安裝和實(shí)施較難實(shí)現(xiàn)，半固態(tài)材料狀態(tài)測(cè)定也較難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其目的 是減少設(shè)備控制復(fù)雜性，降低成本，提高生產(chǎn)效率。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為-
本發(fā)明所提供的這種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，包含有下列步驟 1 )、合金錠熔化:鎂合金錠在電磁感應(yīng)坩堝爐中熔化，熔化加熱溫度為650 700°C，熔化的合金液用阻燃保護(hù)氣體保護(hù)；
2) 、合金液精煉除氣把合金液溫度調(diào)整到690 730°C，加入精煉除氣劑 進(jìn)行精煉除氣處理，時(shí)間為5 10分鐘；
3) 、合金液變質(zhì)處理使合金液溫度在690 73(TC范圍，加入變質(zhì)劑對(duì)合
金液進(jìn)行變質(zhì)處理，時(shí)間為5 10分鐘；
4) 、調(diào)溫、壓鑄成型將變質(zhì)好的合金液調(diào)整溫度到640 660°C，進(jìn)行壓 鑄成型；
5) 、制成半固態(tài)坯料從壓鑄模具的料筒中取出用壓鑄法成型的鎂合金半 固態(tài)坯料。
所用的合金液阻燃保護(hù)氣體為六氟化硫，六氟化硫體積用量為0.1 0.2%。 所述的精煉除氣劑和變質(zhì)劑均為六氯乙烷，總用量為合金液重量的0.4 0.7%。
壓鑄成型的鎂合金半固態(tài)坯料的形狀為圓柱形。 采用上述技術(shù)方案，使本發(fā)明能取得以下效果
1、工藝流程簡(jiǎn)單，易于控制本發(fā)明利用壓鑄成型技術(shù)制備半固態(tài)坯料，
選用普通壓鑄鎂合金錠，在合金熔煉爐中熔化處理，并用普通壓鑄機(jī)即可制備 半固態(tài)坯料。另外，本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，由于現(xiàn)在的壓鑄生產(chǎn)應(yīng)用范圍廣， 壓鑄生產(chǎn)廠多，在操作控制上較易于實(shí)現(xiàn)，易于在壓鑄廠推廣使用。
2、 制造工藝快速穩(wěn)定、生產(chǎn)效率提高本發(fā)明由于選用普通壓鑄法制備半 固態(tài)坯料，用現(xiàn)在的普通壓鑄機(jī)都可以生產(chǎn)。同時(shí)，制作半固態(tài)坯料時(shí)，工藝 簡(jiǎn)單，生產(chǎn)快速，具有較高的生產(chǎn)效率。
3、 成本低本發(fā)明是以普通壓鑄生產(chǎn)設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)試驗(yàn)，在工 藝控制上易于實(shí)現(xiàn)，基本無(wú)新增其他輔助設(shè)備投入。所以，生產(chǎn)制備半固態(tài)坯 料的成本較低。
4、 坯料性能好本發(fā)明所成型出的半固態(tài)坯料，由于在快速冷卻的條件下 成型出坯料，具有細(xì)小均勻的組織。坯料性能好，在經(jīng)過(guò)二次重熔加熱時(shí)，很 容易達(dá)到半固態(tài)。


下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)各幅附圖所表達(dá)的內(nèi)容作簡(jiǎn)要說(shuō)明 圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程框圖2為本發(fā)明提供的方法所生產(chǎn)的半固態(tài)坯料金相組織圖，壓力為15MPa， 是半固態(tài)坯料初始組織；
圖3為本發(fā)明提供的方法所生產(chǎn)的半固態(tài)坯料金相組織圖，壓力為15MPa， 是半固態(tài)坯料二次加熱組織；
圖4為本發(fā)明提供的方法所生產(chǎn)的半固態(tài)坯料金相組織圖，壓力為30MPa， 是半固態(tài)坯料初始組織；
圖5為本發(fā)明提供的方法所生產(chǎn)的半固態(tài)坯料金相組織圖，壓力為30MPa， 是半固態(tài)坯料二次加熱組織。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及 的各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō) 明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確 和深入的理解。
如圖1提供的工藝方法的流程框圖，本發(fā)明提供的是一種鎂合金半固態(tài)坯 料的制備方法，是通過(guò)下述工序來(lái)實(shí)現(xiàn)的-
1) 、合金熔化將鑄態(tài)鎂合金錠放入感應(yīng)加熱鎂合金熔煉爐中，通入保護(hù) 氣體，保護(hù)氣體為六氟化硫，六氟化硫體積用量為0.1 0.2%，蓋上爐蓋后進(jìn)入
加熱熔化工作。其中，設(shè)定合金熔化溫度為680 700°C，當(dāng)爐溫到達(dá)合金熔化 設(shè)定溫度后，進(jìn)入自動(dòng)保溫階段，保溫10 20分鐘，待合金錠全部熔化為合金 液。
2) 、合金精煉除氣處理合金全部熔化后，調(diào)整溫度為690 730°C，加入 精煉除氣劑六氯乙烷，用量為合金液重量的0.4 0.7%，對(duì)合金液進(jìn)行精煉除氣 處理，時(shí)間10 15分鐘。壓鑄鎂合金在使用中，為了得到最佳的力學(xué)性能，在 熔煉合金時(shí)，需要對(duì)合金液進(jìn)行變質(zhì)處理，加入的變質(zhì)劑主要起到細(xì)化晶粒， 從而提高鑄件力學(xué)性能。由于，本發(fā)明中所用的精煉除氣劑六氯乙垸對(duì)合金液 具有良好的變質(zhì)處理功效，所以，合金液在精煉除氣的同時(shí)，達(dá)到了變質(zhì)處理 的目的。經(jīng)過(guò)處理合格的合金液，靜置3 5分鐘后，除去表面的殘?jiān)?br> 3) 、調(diào)溫澆鑄調(diào)整合金液溫度達(dá)到澆注溫度640 660°C，當(dāng)合金液溫度 達(dá)到設(shè)定值時(shí)。調(diào)整壓鑄機(jī)，進(jìn)行澆料壓鑄生產(chǎn)半固態(tài)坯料。坯料在壓鑄模具 中加壓保溫3 5秒。
4) 、半固態(tài)坯料取出模具中的材料，此材料即為半固態(tài)坯料。并用鋸床、
車(chē)床等機(jī)械設(shè)備，去除坯料中多余部分。得到符合要求的圓柱狀半固態(tài)坯料錠。 經(jīng)過(guò)上述本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程處理后，得到的鎂合金坯料，其微觀組織由
原材料的樹(shù)枝狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罨蚪驙?，組織晶粒細(xì)小。從而得到鎂合金半固態(tài)
坯料。這樣的半固態(tài)坯料，可以進(jìn)行二次加熱，得到半固態(tài)漿料，并可以用加
熱的半固態(tài)漿料進(jìn)行相應(yīng)的成型加工。
本發(fā)明所述的制備方法制備出的鎂合金半固態(tài)坯料，其球狀晶粒細(xì)小，晶
粒組織的圓球直徑在50 150Mm之間，晶粒大小分布均勻。完全滿(mǎn)足半固態(tài)成 型技術(shù)要求。而且，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單、安全可靠，易于實(shí)現(xiàn)批量生 產(chǎn)。
下面提供的是更為具體的實(shí)施示例-實(shí)施例一
1、 將AZ91D鎂合金錠放入合金熔煉爐中，按上述工藝流程進(jìn)行合金熔煉 工藝處理，合金熔化溫度650 66(TC，保護(hù)氣體用量為0.1%，合金液除氣精煉 溫度為690 705t:，精煉劑用量為0.7%，精煉時(shí)間5分鐘。合金熔液達(dá)到熔煉 要求之后，調(diào)整合金熔液溫度，到達(dá)640 65(TC。
2、 調(diào)整壓鑄機(jī)，裝上制作半固態(tài)坯料的模具，澆注合金液進(jìn)行壓鑄。 在其壓鑄工藝中，終壓力為15MPa。
用此工藝制作的鎂合金半固態(tài)坯料。金相組織如圖2和圖3所示。 實(shí)施例二
1、將AZ91D鎂合金錠放入合金熔煉爐中，按上述工藝流程進(jìn)行合金熔煉 工藝處理，合金熔化溫度650 66(TC，保護(hù)氣體用量為0.2%，合金液除氣精煉 溫度為720 73(TC，精煉劑用量為0.4%，精煉時(shí)間10分鐘。合金熔液達(dá)到熔 煉要求之后，調(diào)整合金熔液溫度，到達(dá)640 65(TC。
2、調(diào)整壓鑄機(jī)，裝上制作半固態(tài)坯料的模具，澆注合金液進(jìn)行壓鑄。 壓鑄工藝中的最終壓力為30MPa。
用此工藝制作的半固態(tài)鎂合金坯料。金相組織如圖3和圖4所示。 實(shí)施例三
選用壓鑄鎂合金錠AM60B進(jìn)行熔煉制備半固態(tài)坯料，具體實(shí)施方式
同實(shí)施 例一。得到符合要求的半固態(tài)坯料。 實(shí)施例四
選用壓鑄鎂合金錠AM50A進(jìn)行熔煉制備半固態(tài)坯料，具體實(shí)施方式
同實(shí)施 例二。得到符合要求的半固態(tài)坯料。
以上為本發(fā)明提供的鎂合金半固態(tài)坯料成型工藝概述。綜上所述，本發(fā)明 提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)，在技術(shù)上取得顯著 進(jìn)步，并在產(chǎn)業(yè)上有很大的推廣價(jià)值。所以，本發(fā)明具有新穎性、創(chuàng)造性和實(shí) 用性。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性 的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1.一種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于該方法包含有下列步驟1)、合金錠熔化鎂合金錠在電磁感應(yīng)坩堝爐中熔化，熔化加熱溫度為650～700℃，熔化的合金液用阻燃保護(hù)氣體保護(hù)；2)、合金液精煉除氣把合金液溫度調(diào)整到690～730℃，加入精煉除氣劑進(jìn)行精煉除氣處理，時(shí)間為5～10分鐘；3)、合金液變質(zhì)處理使合金液溫度在690～730℃范圍，加入變質(zhì)劑對(duì)合金液進(jìn)行變質(zhì)處理，時(shí)間為5～10分鐘；4)、調(diào)溫、壓鑄成型將變質(zhì)好的合金液調(diào)整溫度到640～660℃，進(jìn)行壓鑄成型；5)、制成半固態(tài)坯料從壓鑄模具的料筒中取出用壓鑄法成型的鎂合金半固態(tài)坯料。
2、 按照權(quán)利要求1所述的鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于所述的用于保護(hù)合金液的阻燃保護(hù)氣體為六氟化硫。
3、 按照權(quán)利要求2所述的鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于所 述的六氟化硫的體積用量為0.1 0.2%。
4、 按照權(quán)利要求1所述的鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于所述的精煉除氣劑和變質(zhì)劑均為六氯乙烷。
5、 按照權(quán)利要求4所述的鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于所 述的精煉除氣劑和變質(zhì)劑的總用量為合金液重量的0.4 0.7%。
6、 按照權(quán)利要求1所述的鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，其特征在于所述的壓鑄成型的鎂合金半固態(tài)坯料的形狀為圓柱形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂合金半固態(tài)坯料的制備方法，包括下列步驟合金錠熔化；合金液精煉除氣；合金液變質(zhì)處理；調(diào)溫、壓鑄成型；制成半固態(tài)坯料。采用上述技術(shù)方案，工藝流程簡(jiǎn)單，易于控制；制造工藝快速穩(wěn)定、生產(chǎn)效率提高；成本低；坯料性能好。
文檔編號(hào)C22B26/00GK101367124SQ200810020899
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者何明修, 徐章躍, 趙之良 申請(qǐng)人:鎂聯(lián)科技(蕪湖)有限公司