專利名稱：自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金及其熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金及其熔煉方法，具體地說，涉及的是一種添加了微量Ai-Ti-C中間合金的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金不僅在室溫而且在高溫都具有良好的力學(xué)性能，從而引起國(guó)內(nèi)外材料研究者的極大興趣，這是由于其含有準(zhǔn)晶相I相(MhZn6Y1)的緣故。同時(shí)， Mg-ai-Y合金可以通過鑄造、軋制、擠壓、鍛造等傳統(tǒng)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。但是，在常規(guī)凝固條件下，準(zhǔn)晶相常呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比較粗大，對(duì)力學(xué)性能提高有限，不能充分發(fā)揮準(zhǔn)晶的作用。所以，采取有效措施，改變準(zhǔn)晶相形態(tài)并使之彌散分布到鎂合金基體中，可以明顯提高鎂合金的力學(xué)性能。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，CN718801A公開了鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金及其制造方法，該合金的化學(xué)成分(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%計(jì))為Mg 40. 00 45. 00%,Zn 45. 50 55. 00%,Mn 0. 50 4. 50%, Yl. 00 4. 50%，Ca 0. 10 1. 00%，采用微合金化與電脈沖孕育處理后在高壓凝固條件下獲得鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金。CN 101705405A公開了鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金及其制備方法，采用控制凝固速率的方法制備出Mg-Si-Y-Mn-Cu五元鎂基二十面體球形準(zhǔn)晶中間合金，其化學(xué)成分為Mg 55. 0 65. 0%, Zn 30. 0 40. 0%, Y2. 5 5. 5%，Mn 0. 1 1. 5%，Cu 0. 1 0. 5%。CN 101705406 A公開了一種鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金及其制備方法，采用控制凝固速率的方法制備出Mg-ai-Y-C四元鎂基二十面體球形準(zhǔn)晶中間合金，其化學(xué)成分為Mg 55. 0 65. 0%, Zn 30. 0 40. 0%, Y2. 5 5. 5%, C 0. 1 0. 5%。CN 101705407 A公開了鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金及其制法，采用控制凝固速率的方法制備出Mg-Si-Y-Ti四元鎂基二十面體球形準(zhǔn)晶中間合金，其化學(xué)成分為Mg 55. 00 65. 0%, Zn 30. 0 40. 0%, Y 2. 5 5. 5%, Ti 0. 1 0. 5%。上述專利盡管可制得鎂基球形準(zhǔn)晶，但Zn、Y含量較高且沒有相關(guān)力學(xué)性能。 CN101314829 A公開了有效利用稀土元素Y強(qiáng)化Mg-SiHr系鎂合金及制備方法，該鎂合金材料的組分及其含量為Zn為5 30%，Y為0. 5 5%，Zr為0. 3 0. 8%和余量的Mg 組成。另有國(guó)內(nèi)外公開文獻(xiàn)資料報(bào)道，Zr添加到Mg-Si-Y合金中可以細(xì)化晶粒，改善其力學(xué)性能，但是不能改變準(zhǔn)晶相的形態(tài)。因此，為了充分發(fā)揮準(zhǔn)晶的強(qiáng)化作用，采用一種成本低、操作簡(jiǎn)便的工藝改變準(zhǔn)晶相的形態(tài)，增加準(zhǔn)晶相的數(shù)量，并進(jìn)一步提高鎂合金的力學(xué)性能是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種添加微量Al-Ti-C中間合金細(xì)化自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-γ合金及制備方法，擴(kuò)大了 Mg-ai-γ合金的應(yīng)用范圍。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Υ合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為Zn 3. 0 10. 0% ；Y0. 5 3. 0% ；Al-Ti-C 0. 05 1. 0%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。所述不可避免的雜質(zhì)，是指Fe彡 0. 005 %, Cu ^ 0. 015 %, Ni ^ 0. 002 %, Si 彡 0. 01%。本發(fā)明自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金的熔煉方法，包括熔煉和鑄造，經(jīng)熔煉后熔體降溫至700 720°C時(shí)，加入Al-Ti-C中間合金，在熔體中引入超聲波，經(jīng)超聲波處理后澆鑄制成。所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金的熔煉方法，具體包括如下步驟(1)熔煉在熔劑或/和氣體保護(hù)熔煉條件下，工業(yè)純鎂在鋼坩堝中完全熔化后， 于700 740°C時(shí)，加入Si和Mg-Y中間合金，待加入的Zn、Mg-Y中間合金完全熔化后，將溫度升至760 780°C，精煉5 10分鐘，靜置30分鐘后撇去浮渣；(2)鑄造將熔體降溫至700 720°C，加入Al-Ti-C中間合金，將經(jīng)過預(yù)熱的超聲波桿插入鎂合金熔體中進(jìn)行超聲波處理，待超聲波處理結(jié)束后，取出鋼坩堝，澆鑄制成。步驟⑴所述的S1以工業(yè)純S1的形式加入。步驟(1)所述的Mg-Y中間合金以Mg_25Y中間合金的形式加入。步驟( 所述的Al-Ti-C以Al-8Ti_2C的形式加入。所述的超聲波處理頻率為15 25kHz，超聲波處理功率為500 2500W，超聲波處理時(shí)間為3 7分鐘。所述的熔煉過程中的熔劑保護(hù)為氯化鉀、氯化鈣、氯化鋇、氟化鈣、氯化鈰和氯化釔的組合物，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為氯化鉀50 65% ；氯化鈣10 25% ；氯化鋇 5 10% ；氟化鈣1 10% ；氯化鈰3 5% ；氯化釔3 5%。所述的氣體保護(hù)為六氟化硫和二氧化碳混合氣體或高純氬氣。所述的六氟化硫和二氧化碳混合氣體中，六氟化硫體積占總體積的0. 1 0. 6%。上述的化學(xué)試劑和氣體均為市售產(chǎn)品，所述的工業(yè)純鎂的質(zhì)量含量> 99. 90% ； 所述的工業(yè)純鋅的質(zhì)量含量> 99. 90% ；六氟化硫的純度> 99.9% ；二氧化碳的純度> 99. 995% ；高純氬氣純度> 99. 999%，氮含量< 5ppm，氧含量< 2ppm，氫含量< lppm，總碳含量(以甲烷計(jì))< 2ppm，水分含量< 4ppm。本發(fā)明的內(nèi)在機(jī)理為準(zhǔn)晶相的形成及含量與ai、Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及ai/Y比有關(guān)，通過控制Zn、Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及ai/Y比，并考慮到Al-Ti-C中間合金中的Al要消耗一部分Y， 使合金中準(zhǔn)晶相的體積百分含量達(dá)到最大，從而有效地提高合金的力學(xué)性能。Al-Ti-C中間合金由α -Al及大量彌散細(xì)小的TiC和Al4C3顆粒組成，當(dāng)Al-Ti-C中間合金加入到鎂合金熔體中時(shí)Al與Y生成高熔點(diǎn)相Al2Y,而TiC、Al4C3和Al2Y均可作為基體α -Mg的異質(zhì)結(jié)晶核心，細(xì)化了鎂合金晶粒。Al-Ti-C中間合金的加入改變了鎂合金熔體的表面張力，加之晶粒細(xì)化，使得準(zhǔn)晶相形態(tài)由粗大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成顆粒狀或短棒狀。Al原子進(jìn)入到Mg晶格中，降低了 Si和Y原子在Mg晶格中的固溶度，使鎂合金熔體中Si和Y原子的含量上升，增加了在隨后的凝固過程中準(zhǔn)晶相的數(shù)量。對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行超聲波處理，可使基體α-Mg 的異質(zhì)結(jié)晶核心更加彌散，晶粒細(xì)化效果增強(qiáng)?；wMg的細(xì)化、準(zhǔn)晶數(shù)量的增加以及準(zhǔn)晶形態(tài)的改變，可明顯提高合金的力學(xué)性能。本發(fā)明中微量Al-Ti-C中間合金加入到Mg-Si-Y合金中不僅細(xì)化了晶粒，改變了準(zhǔn)晶相形態(tài)，而且可以增加準(zhǔn)晶相的體積百分含量，這將有利于合金力學(xué)性能的提高。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明的合金具有良好的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，其抗拉強(qiáng)度σ b = 170 ^OMPa，伸長(zhǎng)率 δ =10 16%?？梢愿鶕?jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)材料性能的不同要求，通過優(yōu)化控制ai/Y比和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，制備出滿足使用要求的鎂合金，其制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，可進(jìn)行規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。對(duì)比例1一種自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為3. 0% &ι、0. 5% Y，雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 005%, Cu 彡 0. 015%, Ni 彡 0. 002%, Si 彡 0. 01%，余量為 Mg。熔煉方法按照上述成分配置合金，在熔劑保護(hù)熔煉條件下，在電阻坩堝爐鋼坩堝中加入工業(yè)純鎂，同時(shí)撒少量覆蓋劑在鋼坩堝底部，工業(yè)純鎂完全熔化后，于720士 10°C時(shí)， 加入工業(yè)純Si和Mg-25Y中間合金，待加入的工業(yè)純&i、Mg-25Y中間合金完全熔化后，將溫度升至770士 10°C，精煉10分鐘，靜置30分鐘后撇去浮渣；將熔體降溫至710士5°C，澆鑄制成。熔劑的質(zhì)量百分組成為氯化鉀60%、氯化鈣18%、氯化鋇5%、氟化鈣8%、氯化鈰4%和氯化釔5%。本對(duì)比例合金的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為153MPa和7. 6%。實(shí)施例1本發(fā)明所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為3.0% Zn、0. 5 % Υ、0· 10 % Al-Ti-C,雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 005 %, Cu ^ 0. 015 %, Ni 彡 0. 002 %, Si ( 0.01%，余量為 Mg。熔煉方法按照上述成分配置合金，在熔劑保護(hù)熔煉條件下，在電阻坩堝爐鋼坩堝中加入工業(yè)純鎂，同時(shí)撒少量覆蓋劑在鋼坩堝底部，工業(yè)純鎂完全熔化后，于720士 10°C時(shí)， 加入工業(yè)純Si和Mg-25Y中間合金，待加入的工業(yè)純&i、Mg-25Y中間合金完全熔化后，將溫度升至770士 10°C，精煉10分鐘，靜置30分鐘后撇去浮渣；將熔體降溫至710士5°C，加入 Al-8Ti-2C中間合金，隨后在熔體中引入超聲波，將經(jīng)過預(yù)熱的超聲波桿(預(yù)熱溫度600°C) 插入鎂合金熔體中進(jìn)行超聲波處理，待超聲波處理結(jié)束后，取出鋼坩堝，澆鑄制成。超聲波處理頻率為20kHz，超聲波處理功率為1000W，超聲波處理時(shí)間為5分鐘。熔劑的質(zhì)量百分組成為氯化鉀60%、氯化鈣18%、氯化鋇5%、氟化鈣8%、氯化鈰4%和氯化釔5%。本實(shí)施例的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為175MPa和10. 4%,比對(duì)比例的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了 14. 4%和36. 8%。實(shí)施例2本發(fā)明所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為5.0%Zn、1.2% Y、0. 14 % Al-Ti-C,雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 005 %，Cu 彡 0. 015 %，Ni 彡 0. 002 %， Si ( 0.01%，余量為 Mg。熔煉方法采用熔劑和高純氬氣進(jìn)行熔煉保護(hù)，超聲波處理頻率為20kHz，超聲波處理功率為1500W，超聲波處理時(shí)間為7分鐘，其余步驟如實(shí)施例1，本實(shí)施例合金的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為225MPa和12. 7%,比對(duì)比例的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了 47. 和 67. 1%。實(shí)施例3本發(fā)明所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為7.0% ZnU. 75% Y、0. 25% Al-Ti-C，雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 005%, Cu 彡 0. 015%, Ni ^ 0.002%,, Si ( 0. 01%，余量為 Mg。熔煉方法采用高純氬氣進(jìn)行熔煉保護(hù)，超聲波處理頻率為20kHz，超聲波處理功率為2500W，超聲波處理時(shí)間為3分鐘，其余步驟如實(shí)施例1，本實(shí)施例合金的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為M3MPa和16. 0%，比對(duì)比例的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了 58. 9%和 110. 5%。實(shí)施例4本發(fā)明所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mgln-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為9. 5 % Zn,2. 3 % YU. 0 % Al-Ti-C,雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 005 %，Cu 彡 0. 015 %，Ni 彡 0. 002 %， Si ( 0. 01%，余量為 Mg。熔煉方法采用六氟化硫和二氧化碳混合氣體(六氟化硫體積占總體積的0. 5%) 進(jìn)行熔煉保護(hù)，超聲波處理頻率為20kHz，超聲波處理功率為2000W，超聲波處理時(shí)間為4分鐘，其余步驟如實(shí)施例1，本實(shí)施例合金的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為^OMI^a和10. 7%， 比對(duì)比例的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了 69. 9%和40. 8%。
權(quán)利要求
1. 一種自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-ai-Y合金，其特征在于化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為ai3. ο 10. 0% ；Y 0. 5 3. 0% ；Al-Ti-C 0. 05 1. 0%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的熔煉方法，包括熔煉和鑄造，其特征在于熔煉后熔體降溫至700 720°C時(shí)，加入Al-Ti-C中間合金，在熔體中引入超聲波，經(jīng)超聲波處理后澆鑄制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的Al-Ti-C中間合金以Al-8Ti-2C的形式加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的超聲波處理頻率為15 25kHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的超聲波處理功率為500 2500W。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的超聲波處理時(shí)間為3 7分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Si-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的熔煉過程中的熔劑保護(hù)為氯化鉀、氯化鈣、氯化鋇、氟化鈣、氯化鈰和氯化釔的組合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的熔煉方法，其特征在于所述的熔劑化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為氯化鉀50 65% ；氯化鈣10 25% ；氯化鋇5 10% ；氟化鈣1 10% ；氯化鈰3 5% ；氯化釔3 5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金及其熔煉方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金，化學(xué)成分質(zhì)量百分組成為Zn 3.0～10.0％；Y 0.5～3.0％；Al-Ti-C 0.05～1.0％，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其熔煉方法為先加入工業(yè)純鎂，待其熔化后再加入Zn、Mg-Y中間合金進(jìn)行熔煉，熔煉后熔體降溫至700～720℃時(shí)，加入Al-Ti-C中間合金，在熔體中引入超聲波，經(jīng)超聲波處理后澆鑄制成。本發(fā)明的合金具有良好的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，通過優(yōu)化控制Zn/Y比和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，制備出滿足使用要求的鎂合金，其制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，可進(jìn)行規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102212727SQ201110155378
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者宮本奎, 崔紅衛(wèi), 張磊 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)