[發明專利]一種增強鋯元素對不含鋁的鎂合金鑄造組織細化功效的方法

無效

• 申請號: 201410072708.8
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103820662A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 楊旗
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C23/00
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及鎂合金熔煉與鑄造技術，特別涉及一種增強鋯元素對不含鋁的鎂合金鑄造組織細化功效的方法。

背景技術

微量元素鋯(Zr)通常被用作晶粒細化劑添加到不含鋁的鎂合金中以均勻細化合金鑄造組織（D.H.StJohn，P.Cao，M.Qian?and?M.A.Easton，A?New?Analytical?Methodology?for?the?Assessment?of?Grain?Refinement?in?Magnesium?Alloys，Proceedings?of?the7^th?International?Conference?on?Magnesium?Alloys?and?Their?Applicatins，Wiley-VCH?Verlag?GmbH&Co.KGaA，Weinheim，2007，p189）。這是由于：

[1]鋯和鎂具有相同的晶體結構和相近的晶格常數；

[2]溶解入熔體的鋯元素具有很高的晶粒生長阻礙因子(Growth?Restriction?Factor，GRF)，這對低鋯含量（低于包晶成分點）鎂合金鑄態組織細化非常重要；

[3]當鋯含量較高（高于包晶成分點）時，熔體里的鋯顆粒與熔體發生包晶反應生成固態鎂。此時，鋯顆粒起形核促進劑作用。研究表明，鋯顆粒對不含鋁的鎂合金鑄態組織均勻細化受顆粒幾何形狀、尺寸大小和分布密度影響。當鋯顆粒尺寸分布介于1～5微米，且幾何形狀呈多面體狀時，其對合金鑄態組織的細化尤為有效（P.Saha?and?S.Viswanathan，An?Analysis?of?the?Grain?Refinement?of?Magnesium?By?Zirconium，Magnesium?Technology2011，TMS2011，p175）。

現有工藝中，富含鋯的鎂-鋯中間合金絕大多數情況下直接與其他中間合金及原鎂按一定重量配比熔煉制備具有目標成分的鎂合金熔體。合金熔體在澆鑄冷卻后形成鑄件或錠坯。一般情況下，在鎂-鋯中間合金基體中，鋯顆粒尺寸粗大（遠大于5微米）且多呈聚集態分布，其對合金鑄態組織細化作用有限。另外，由于鋯的比重大約是鎂的四倍，當鎂-鋯中間合金在熔煉時加入熔體中和在隨后的熔體靜置除渣階段，尺寸粗大的鋯顆粒會沉入坩堝底部而成為熔渣，從而在很大程度上降低鋯的利用率。再者，即使尺寸較大的鋯顆粒沒有成為熔渣，而是隨熔體一道被澆鑄后進入鑄坯，這些粗大鋯顆粒的存在會影響錠坯的可加工性和加工產品的機械性能。

近年來，軋制和等徑道轉角擠壓（Equal?Channel?Angular?Extrusion，ECAE）工藝被用來探索預變形鎂-鋯中間合金對鎂合金鑄造組織細化的增強作用（S.Viswanathan，P.Saha，D.Foley?and?K.T.Hartwig，Engineering?a?More?Efficient?Zirconium?Grain?Refinement?for?Magnesium，Magnesium?Technology2011，TMS2011，p559）。通常情況下鎂-鋯中間合金基體中鋯含量較高，合金可軋制變形性能低。因此，軋制預變形工藝對中間合金中鋯顆粒均勻和細化作用有限，進而使得軋制預變形后的鋯顆粒對合金鑄造組織細化作用也有限。等徑道轉角擠壓工藝存在的主要缺點是變形材料（即鎂-鋯中間合金）與模具之間存在劇烈摩擦作用，目前很難被應用于大規模的工業生產中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種增強鋯元素對不含鋁的鎂合金鑄造組織細化功效的方法，通過使用實用高效的預變形工藝來均勻和細化鎂-鋯中間合金基體中的鋯顆粒，以增強鋯元素對不含鋁的鎂合金鑄造組織的細化功效，同時提高鋯的利用率以降低鎂合金的生產成本。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種增強鋯元素對不含鋁的鎂合金鑄造組織細化功效的方法，包括步驟：

1)利用摩擦攪拌加工工藝對鎂-鋯中間合金進行預變形處理；