[發明專利]一種用于Mg-Mn系鑄態鎂合金的晶粒細化方法

有效

• 申請號: 200910191912.0
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101712069A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 張靜;潘復生;方超;廖愛林;袁付慶
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B22D1/00
• 分類號: B22D1/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 梁展湖;張先蕓

技術領域

本發明涉及一種Mg-Mn系鑄態鎂合金晶粒的細化方法，屬于金屬材料及冶金領域。

背景技術

鎂及其合金以其密度小、比強度比剛度高、導電導熱性能好、電磁屏蔽能力強、易于 回收以及色澤美觀等優良特性得到人們的廣泛關注，尤其是在汽車減重方面具有極大潛 力，可以節能、降耗、減排。鎂被譽為二十一世紀最輕的綠色金屬結構材料。

鎂能夠廣泛用于結構材料的前提之一是應具有良好的抗腐蝕性能。錳是提高鎂耐腐蝕 性能的最有效的合金元素。因而鎂錳系鎂合金作為最早的商業化合金，在鑄造產品如核反 應器構件，以及變形產品，包括板材、棒材、管材等方面均得到了應用。該系列最早的商 用合金牌號為MB1，含有1.3-2.5wt％的Mn元素。合金的室溫組織由α(Mg)固溶體和β(Mn) 兩相組成。但是，這類合金的缺點是鑄態組織晶粒粗大，強度和塑性不高。

目前克服Mg-Mn合金上述缺點的方法是加入少量稀土元素Ce，形成Mg-Mn-Ce三元 合金，其商用合金牌號為MB8(0.15-0.35wt％)和MB14(2.5-3.5wt％)。與MB1相比，MB8 和MB14的強度和高溫性能有明顯改善。合金中的Ce一部分溶解于固溶體中，另一部分 與鎂形成Mg₁₂Ce強化相。但是，這種Mg₁₂Ce相是通過L→α(Mg)+Mg₁₂Ce的共晶反應以 晶界粗大共晶產物形式存在的，該相與基體之間不存在共格關系，其強化機制為過剩相強 化，因此強化作用有限；在一定范圍內適當提高Ce含量，雖然可進一步提高合金強度， 但是Mg₁₂Ce相體積分數的增加將大幅度降低合金的塑性，惡化合金的加工性能和使用性 能。另外，Ce對鑄態合金晶粒沒有明顯的細化效果，某些研究表明Ce的加入反而使晶粒 粗大。

眾所周知，無論是鑄件還是變形產品，總是希望得到細小晶粒的鑄態組織。晶粒細化 不僅可以均勻組織、降低偏析程度、減少縮孔和疏松，還可以明顯改善鑄錠的后續加工性 能和使用性能，同時提高材料的強度和塑性。因此，鑄態組織晶粒粗大已成為制約Mg-Mn 系合金廣泛用于各種鑄造產品和變形產品的關鍵因素。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明所解決的技術問題是提供一種晶粒細化效果 好，使鑄件性能得到有效提高的用于Mg-Mn系鑄態鎂合金的晶粒細化方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于Mg-Mn系鑄態鎂合金的晶粒 細化方法，其特點在于，在Mg-Mn基體合金熔煉過程中加入總重量百分含量為0.1～1.1％ 的Al元素和Er元素進行復合合金化，并且所加入的兩種元素的原子百分比為3∶1。所述 原子百分比即指原子百分含量之比。

本發明提供的采用Al、Er元素復合合金化來細化Mg-Mn系鑄態鎂合金晶粒的方法， 具體包括以下步驟：

1.在坩堝中均勻灑上RJ-2覆蓋劑，然后加入鎂錠，再在鎂錠上均勻灑一層RJ-2覆蓋 劑，并加熱到750℃；

2.待鎂錠完全熔化后，打渣，然后加入預熱至300～350℃的Mg-Mn中間合金，全部 熔融后，攪拌3～5min，使合金液均勻化；

3.將合金液溫度調整到750℃，然后同時加入預先配置好的一定重量和比例的Mg-Er 中間合金和純鋁，Mg-Er中間合金和純鋁均預先加熱至300～350℃；所述一定重量和比例， 是指此步驟中加入Mg-Er中間合金和純鋁之后，應該使得Al元素和Er元素的比例含量符 合前述技術方案中的比例和含量。

4.待加入的Mg-Er中間合金和純鋁完全熔化后，攪拌20-30秒。調整合金液溫度到 750℃，保溫5min，然后加入RJ-2進行精煉。在精煉的過程中將RJ-2覆蓋劑灑在從底部翻 上來的新的金屬液面上；

5.調整合金液溫度至750℃靜置30min；

6.降溫至715-725℃，在CO₂+SF₂氣體保護下澆注。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：

1.本發明在Mg-Mn基體合金中加入原子百分比為3∶1的微合金化元素Al和Er，使 其在凝固過程中優先生成大量細小的異質相粒子Al₃Er從合金液中析出，后凝固的鎂熔體 將以這些異質相為形核核心生長，從而達到細化晶粒的目的。