一種高硬度抗磨損鎂合金工件及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種高硬度抗磨損鎂合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm：0.35-0.45%，Al：5.3-6.3%，Co：1.2-2.2%，Os：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Li：0.5-1.0%，K：0.35-0.55%，Ba：0.45-0.654%，Hf：1.2-1.4%，Er：0.5-1.5%，Mn：2.1-3.2%，B：0.2-0.4%，Mo：0.8-1.0%，C：0.25-0.35%，余量為Mg。本發(fā)明還提出該高硬度抗磨損鎂合金工件的制備方法。本合金具有良好的硬度及抗磨損性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高硬度抗磨損鎂合金工件及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鎂合金材料領(lǐng)域，尤其是一種高硬度抗磨損鎂合金工件及其制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、減 震性高、易加工、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在航天、軍工、電子通訊、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用 市場(chǎng)，特別是在全球鐵、鋁、鋅等金屬資源緊缺大背景下，鎂的資源優(yōu)勢(shì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品優(yōu) 勢(shì)得到充分發(fā)揮，鎂合金成為一種迅速崛起的工程材料。同時(shí)得益于中國(guó)汽車(chē)工業(yè)和3C等 行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)及其中國(guó)經(jīng)濟(jì)地位的顯著提升，鎂合金行業(yè)令市場(chǎng)看好。其中，汽車(chē)行業(yè)的 輕量化，環(huán)?；枨?，尤其是新能源汽車(chē)的發(fā)展，以及鎂合金研發(fā)技術(shù)和回收利用技術(shù)的不 斷進(jìn)步，對(duì)促使鎂合金的廣泛應(yīng)用將是利好消息。但面臨國(guó)際鎂金屬材料的高速發(fā)展，我 國(guó)作為鎂資源生產(chǎn)和出口大國(guó)，對(duì)鎂合金開(kāi)展深入研究和應(yīng)用前期開(kāi)發(fā)工作意義重大。然 而由于鎂合金工藝復(fù)雜，成本高，機(jī)械加工困難，絕對(duì)強(qiáng)度低，室溫變形能力較差，易氧化燃 燒、易腐蝕等缺陷，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用，目前鎂合金的應(yīng)用遠(yuǎn)不如鋁合金廣 泛。因此，提高鎂合金硬度及抗磨損的性能使其具有良好的綜合性能，是新型鎂合金開(kāi)發(fā)的 熱點(diǎn)，同時(shí)高強(qiáng)度鎂合金開(kāi)發(fā)對(duì)拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高硬度抗磨損鎂合金工件及其制備方 法，該工藝方法成本低且簡(jiǎn)便易行，獲得的鎂合金具有較高的硬度和良好的抗磨損使得此 類(lèi)鎂合金具有比傳統(tǒng)商業(yè)鎂合金優(yōu)越的力學(xué)性能。
[0004] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種高硬度抗磨損鎂合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm :0.35-0. 45%，Al : 5. 3-6. 3%, Co ：1. 2-2. 2%, Os ：3, 65-3. 75%, Ca ：0. 9-1. 0%, Li ：0. 5-1. 0%, K ：0. 35-0. 55%, Ba ： 0. 45-0. 654%, Hf ：1, 2-1. 4%, Er ：0. 5-1. 5%, Mn ：2, 1-3. 2%, B ：0. 2-0. 4%, Mo ：0. 8-1. 0%, C ： 0· 25-0. 35%，余量為 Mg。
[0005] 更進(jìn)一步地，按照重量百分比含量含有：Sm :0. 35%，Al :5. 3%，Co :1. 2%，Os :3. 65%， Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ：2. 1%, B ：0. 2%, Mo ：0. 8%, C ： 0. 25%，余量為Mg。
[0006] 另外，還提供一種所述的鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 原料準(zhǔn)備：按照重量百分比含量進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg- Sm中間 合金、純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、純K、Mg- Ba中 間合金、Mg- Hf中間合金、純B、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金、純C、Al- Mn中間合 金； (2) 熔化：采用體積比為C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合氣體保護(hù)氣氛，熔煉溫度為 980°C?1100°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后加入Mg- Sm中間合金、 純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、Mg- Ba中間合金、Mg-Hf中間合金、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金和Al- Mn中間合金，待熔煉爐中的原料 完全熔化后再加入純K、純B和純C，待所有原料充分熔化后進(jìn)行攪拌使合金成份均勻，靜置 30分鐘，然后進(jìn)行一次除渣； (3)精煉：使熔煉爐升溫至1100°C?1200°C對(duì)合金進(jìn)行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合 金精煉劑，精煉時(shí)間為10分鐘，精煉完后在900°C?950°C保溫靜置30分鐘，然后進(jìn)行二次 除渣，得鎂合金熔體，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為：30%氟化鈣、20%氯化鋇、15 %納米 碳酸鹽吸附劑；余量為KCl ; (4) 擠壓：將熔融的鎂合金熔體澆鑄到預(yù)熱溫度為320°C?340°C的鐵模具中，澆鑄溫 度為900°C?KKKTC，壓強(qiáng)為lOOMPa，保壓時(shí)間120s，擠壓出規(guī)格為長(zhǎng)10cm，寬10 cm，高 200cm的鑄件； (5) 制坯件：將鎂合金鑄件進(jìn)行溫度為900°C?950°C，時(shí)長(zhǎng)為42小時(shí)的均化處理得鎂 合金述件； (6) 時(shí)效處理：將所得的鎂合金坯件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為IKKTC?1200°C，保 溫時(shí)間為60小時(shí)；再在KKKTC?IKKTC下進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為40h ;最后在 900°C?1000°C進(jìn)行第三次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為30小時(shí)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果在于：該高硬度抗磨損鎂合金工件簡(jiǎn)便的熱處理工藝使整個(gè)制 備過(guò)程簡(jiǎn)單化，從而降低成本，且制得鎂合金不僅性?xún)r(jià)比高，同時(shí)原料中的硼及碳及鉀成份 使所制得鎂合金具有良好的機(jī)械特性、抗磨損性能及更高的硬度等優(yōu)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0008] 實(shí)施例1 一種高硬度抗磨損鎂合金工件，按照重量百分比含量含有=Sm :0. 35%，Al :5. 3%，Co : I. 2%, Os ：3, 65%, Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ：2. 1%, B ： 0· 2%，Mo :0· 8%，C :0· 25%，余量為 Mg。
[0009] 鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 原料準(zhǔn)備：按照重量百分比含量進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg- Sm中間 合金、純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、純K、Mg- Ba中 間合金、Mg- Hf中間合金、純B、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金、純C、Al- Mn中間合 金； (2) 熔化：采用體積比為C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合氣體保護(hù)氣氛，熔煉溫度為 980°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后加入Mg- Sm中間合金、純Al錠、純 Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、Mg- Ba中間合金、Mg- Hf中間合 金、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金和Al- Mn中間合金，待熔煉爐中的原料完全熔化后 再加入純K、純B和純C，待所有原料充分熔化后進(jìn)行攪拌使合金成份均勻，靜置30分鐘，然 后進(jìn)行一次除漁； (3)精煉：使熔煉爐升溫至IKKTC對(duì)合金進(jìn)行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉 齊?，精煉時(shí)間為10分鐘，精煉完后在900°c保溫靜置30分鐘，然后進(jìn)行二次除渣，得鎂合金 熔體，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為：30%氟化鈣、20%氯化鋇、15%納米碳酸鹽吸附劑； 余量為KCl ; (4) 擠壓：將熔融的鎂合金熔體澆鑄到預(yù)熱溫度為320°C的鐵模具中，澆鑄溫度為 900°C，壓強(qiáng)為lOOMPa，保壓時(shí)間120s，擠壓出規(guī)格為長(zhǎng)10cm，寬10 cm，高200cm的鑄件； (5) 制坯件：將鎂合金鑄件進(jìn)行溫度為900°C，時(shí)長(zhǎng)為42小時(shí)的均化處理得鎂合金坯 件； (6) 時(shí)效處理：將所得的鎂合金坯件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為IKKTC，保溫時(shí)間為 60小時(shí)；再在1000°C下進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為40h ;最后在900°C進(jìn)行第三次時(shí) 效處理，時(shí)效時(shí)間為30小時(shí)。
[0010] 實(shí)施例2 : 一種高硬度抗磨損鎂合金工件，按照重量百分比含量含有：Sm :40%，Al :5. 8%，Co : 1. 7%, Os ：3. 7%, Ca ：0. 95%, Li ：0. 75%, K ：0. 45%, Ba ：0. 55%, Hf ：1. 3%, Er ：1. 0%, Mn ：2. 7%, B ： 0· 3%，Mo :0· 9%，C :0· 30%，余量為 Mg。 toon] 所述的鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 原料準(zhǔn)備：按照重量百分比含量進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg- Sm中間 合金、純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、純K、Mg- Ba中 間合金、Mg- Hf中間合金、純B、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金、純C、Al- Mn中間合 金； (2) 熔化：采用體積比為C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合氣體保護(hù)氣氛，熔煉溫度為 1040°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后加入Mg- Sm中間合金、純Al錠、 純Co、Al_ Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、Mg- Ba中間合金、Mg- Hf中間 合金、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金和Al- Mn中間合金，待熔煉爐中的原料完全熔化 后再加入純K、純B和純C，待所有原料充分熔化后進(jìn)行攪拌使合金成份均勻，靜置30分鐘， 然后進(jìn)行一次除漁； (3)精煉：使熔煉爐升溫至1150°C對(duì)合金進(jìn)行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉 齊?，精煉時(shí)間為10分鐘，精煉完后在930°c保溫靜置30分鐘，然后進(jìn)行二次除渣，得鎂合金 熔體，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為：30%氟化鈣、20%氯化鋇、15%納米碳酸鹽吸附劑； 余量為KCl ; (4) 擠壓：將熔融的鎂合金熔體澆鑄到預(yù)熱溫度為330°C的鐵模具中，澆鑄溫度為 950°C，壓強(qiáng)為lOOMPa，保壓時(shí)間120s，擠壓出規(guī)格為長(zhǎng)10cm，寬10 cm，高200cm的鑄件； (5) 制坯件：將鎂合金鑄件進(jìn)行溫度為930°C，時(shí)長(zhǎng)為42小時(shí)的均化處理得鎂合金坯 件； (6) 時(shí)效處理：將所得的鎂合金坯件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為1150°C，保溫時(shí)間為 60小時(shí)；再在1050°C下進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為40h ;最后在950進(jìn)行第三次時(shí)效 處理,時(shí)效時(shí)間為30小時(shí)。
[0012] 實(shí)施例3: 一種高硬度抗磨損鎂合金工件，按照重量百分比含量含有=Sm :0. 45%，Al :6. 3%，Co : 2. 2%, Os ：3, 75%, Ca ：1. 0%, Li ：1. 0%, K ：0. 55%, Ba ：0. 654%, Hf ：1. 4%, Er ：1. 5%, Mn ：3. 2%, B ： 0· 4%，Mo :1· 0%，C :0· 35%，余量為 Mg。
[0013] 所述的鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 原料準(zhǔn)備：按照重量百分比含量進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg- Sm中間 合金、純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、純K、Mg- Ba中 間合金、Mg- Hf中間合金、純B、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金、純C、Al- Mn中間合 金； (2) 熔化：采用體積比為C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合氣體保護(hù)氣氛，熔煉溫度為 IKKTC，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后加入Mg- Sm中間合金、純Al錠、 純Co、Al_ Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、Mg- Ba中間合金、Mg- Hf中間 合金、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金和Al- Mn中間合金，待熔煉爐中的原料完全熔化 后再加入純K、純B和純C，待所有原料充分熔化后進(jìn)行攪拌使合金成份均勻，靜置30分鐘， 然后進(jìn)行一次除漁； (3)精煉：使熔煉爐升溫至120(TC對(duì)合金進(jìn)行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉 齊?，精煉時(shí)間為10分鐘，精煉完后在950°c保溫靜置30分鐘，然后進(jìn)行二次除渣，得鎂合金 熔體，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為：30%氟化鈣、20%氯化鋇、15%納米碳酸鹽吸附劑； 余量為KCl ; (4) 擠壓：將熔融的鎂合金熔體澆鑄到預(yù)熱溫度為340°C的鐵模具中，澆鑄溫度為 1000°C，壓強(qiáng)為lOOMPa，保壓時(shí)間120s，擠壓出規(guī)格為長(zhǎng)10cm，寬10 cm，高200cm的鑄件； (5) 制坯件：將鎂合金鑄件進(jìn)行溫度為950°C，時(shí)長(zhǎng)為42小時(shí)的均化處理得鎂合金坯 件； (6) 時(shí)效處理：將所得的鎂合金坯件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為1200°C，保溫時(shí)間為60 小時(shí)；再在ll〇〇°C下進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為40h ;最后在1000°C進(jìn)行第三次時(shí)效 處理,時(shí)效時(shí)間為30小時(shí)。
[0014] 實(shí)施例1-3得到的合金的性能列于下表 注：常規(guī)鎂合金的抗拉強(qiáng)度為300MPa，屈服強(qiáng)度為200MPa，延伸率為8%

【權(quán)利要求】
1. 一種高硬度抗磨損鎂合金工件，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm: 0. 35-0. 45%, Al ：5. 3-6. 3%, Co ：1. 2-2. 2%, Os ：3. 65-3. 75%, Ca ：0. 9-1. 0%, Li ：0. 5-1. 0%, K ： 0. 35-0. 55%, Ba ：0. 45-0. 654%, Hf ：1. 2-1. 4%, Er ：0. 5-1. 5%, Mn ：2. 1-3. 2%, B ：0. 2-0. 4%, Mo ： 0? 8-1. 0%，C :0? 25-0. 35%，余量為 Mg。
2. 如權(quán)利要求I所述的鎂合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Sm :0. 35%，Al : 5. 3%, Co ：1. 2%, Os ：3. 65%, Ca ：0. 9%, Li ：0. 5%, K ：0. 35%, Ba ：0. 45%, Hf ：1. 2%, Er ：0. 5%, Mn ： 2. 1%，B :0? 2%，Mo :0? 8%，C :0? 25%，余量為 Mg。
3. -種如權(quán)利要求I所述的鎂合金的制備方法，其特征在于： (1) 原料準(zhǔn)備：按照重量百分比含量進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料為純Mg錠、Mg- Sm中間 合金、純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、純K、Mg- Ba中 間合金、Mg- Hf中間合金、純B、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金、純C、Al- Mn中間合 金； (2) 熔化：采用體積比為C02:SF6 = 100:3的C02/SF6混合氣體保護(hù)氣氛，熔煉溫度為 980°C?IKKTC，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后加入Mg- Sm中間合金、 純Al錠、純Co、Al- Os中間合金、Al-Ca中間合金、Al- Li中間合金、Mg- Ba中間合金、Mg-Hf中間合金、Al - Er中間合金、Al- Mo中間合金和Al- Mn中間合金，待熔煉爐中的原料 完全熔化后再加入純K、純B和純C，待所有原料充分熔化后進(jìn)行攪拌使合金成份均勻，靜置 30分鐘，然后進(jìn)行一次除渣； (3)精煉：使熔煉爐升溫至IlOCTC?1200°C對(duì)合金進(jìn)行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合 金精煉劑，精煉時(shí)間為10分鐘，精煉完后在900°C?950°C保溫靜置30分鐘，然后進(jìn)行二次 除渣，得鎂合金熔體，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為：30%氟化鈣、20%氯化鋇、15 %納米 碳酸鹽吸附劑；余量為KCl ; (4) 擠壓：將熔融的鎂合金熔體澆鑄到預(yù)熱溫度為320°C?340°C的鐵模具中，澆鑄溫 度為900°C?1000°C，壓強(qiáng)為lOOMPa，保壓時(shí)間120s，擠壓出規(guī)格為長(zhǎng)10cm，寬10 cm，高 200cm的鑄件； (5) 制坯件：將鎂合金鑄件進(jìn)行溫度為900°C?950°C，時(shí)長(zhǎng)為42小時(shí)的均化處理得鎂 合金述件； (6) 時(shí)效處理：將所得的鎂合金坯件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為IKKTC?1200°C，保 溫時(shí)間為60小時(shí)；再在1000°C?1100°C下進(jìn)行第二次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為40h ;最后在 900°C?1000°C進(jìn)行第三次時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間為30小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104313436SQ201410599197
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】農(nóng)彩麗 申請(qǐng)人:農(nóng)彩麗