[發明專利]一種含鈣變形鎂合金及其棒材制備方法

有效

• 申請號: 201410183035.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103938045A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 秦高梧;潘成虎;任玉平;李松;左良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03;C22C1/06;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于鎂合金材料領域，特別是涉及一種含鈣變形鎂合金及其棒材制備方法。

背景技術

由于能源危機的出現以及大氣中CO₂排放量的增加，使得人們對交通運輸、航空航天等領域各零部件進行輕量化的訴求越來越強烈，而鎂合金作為目前最輕的結構材料因此引起了人們極大的關注。鎂合金中常見的鎂合金體系包括不含稀土的AZ系(Mg-Al-Zn)、AM系(Mg-Al-Mn)和ZK系(Mg-Zn-Zr)以及含稀土鎂合金。AZ系及AM系合金由于其第二相的熔點較低，高溫性能較差；ZK系合金，由于Zr元素在熔煉過程中容易沉底，燒損量很大，因此該體系合金的成本較高，制約了其發展；人們因此開發出了許多性能優異的Mg-RE系合金，但存在的問題也很明顯：為了保證其強度需要添加質量百分比很高的稀土原料，由此帶來的成本巨大，不適合在民用產品中大量應用，此外，合金的密度也隨之迅速增大，鎂合金的比強度優勢難以與高強Al合金相媲美。隨著稀土資源的逐漸消耗，稀土價格的不斷上漲，目前就迫切的需要開發出不含稀土元素的高性能鎂合金，目前國內外的很多研究人員都在致力于該類新型鎂合金的開發及研究工作。而我們的研究表明，添加合金元素鈣可以使鎂合金的力學性能達到令人滿意的效果。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種含鈣變形鎂合金及其制備方法，制備出不含稀土的強韌兼備的變形鎂合金。

本發明的含鈣變形鎂合金，組分按質量百分比為∶鈣∶0.10％-5.00％；錫∶0.1％～10％；鋅∶0％～8.00％；錳∶0％～1.50％；銅∶0％～1.00％，余量為鎂和不可避免的雜質。

本發明的上述的含鈣變形鎂合金棒材的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)準備原料：按含鈣變形鎂合金配比稱取所需原料；

(2)鑄錠熔煉：在保護氣體保護下，將鎂加熱至740～780℃；

根據含鈣變形鎂合金配比成分，將余料分兩批次加入：

第一批次：加入鈣或鎂鈣中間合金、錳或鎂錳中間合金、銅或鎂銅中間合金，充分攪拌并待其全部熔化；

第二批次：加入錫或鎂錫中間合金、鋅或鎂鋅中間合金；

加入精煉劑充分攪拌3～6分鐘，將熔液溫度控制在700～750℃靜置10～20分鐘，清除表面的浮渣，在700～750℃的條件下澆鑄至預熱到200～350℃的鐵模中，制得含鈣變形鎂合金鑄錠；

(3)均勻化處理：將含鈣變形鎂合金鑄錠隔絕空氣進行均勻化處理，分兩種情況：

對于不含Zn的含鈣變形鎂合金，加熱至480～520℃保溫12～18小時，水淬后得到均勻化態的含鈣變形鎂合金錠；

對于含有Zn的含鈣變形鎂合金，加熱至440～460℃保溫4～6小時后，再升溫至480～550℃進行均勻化處理12～18小時，水淬后得到均勻化態的含鈣變形鎂合金錠；

(4)反向擠壓：均勻化態的含鈣變形鎂合金錠，車皮之后在250～350℃下預熱1小時，涂抹上石墨潤滑，在250～350℃溫度范圍內進行反向擠壓；擠壓比為(10～30)∶1，擠壓速度為0.1～2m/min，得到含鈣變形鎂合金棒材。

合金原料均是以純金屬的形式或其與鎂的中間合金添加，且金屬純度均在99％以上。步驟(2)所采用的氣體保護為SF₆和CO₂的混合氣體，SF₆：CO₂比例為(0.5～5)∶100；步驟(2)中所采用的精煉劑為六氯乙烷；步驟(3)中將含鈣變形鎂合金鑄錠隔絕空氣的方法為：用石墨粉覆蓋或在真空環境或在保護氣體下，該保護氣體為氬氣、氦氣或氮氣；所述的步驟(4)中，最佳擠壓比為(20～30)∶1，最佳擠壓速度為0.5～1.5m/min。

本發明提出的含鈣合金是一類新型的不含稀土的強韌兼備的變形鎂合金，通過在Mg-Ca合金的基礎上添加Sn，可以強烈細化熱變形后的合金組織，Mg2Sn及MgCaSn相在基體或晶界上的彌散析出，保證了合金的強度和韌性；添加合金元素Zn，既可以同Ca共同作用降低鎂合金柱面的層錯能提高塑形，又可以固溶的形式提高強度；添加合金元素Mn可以強烈促進再結晶，進一步的降低合金的晶粒尺寸；添加合金元素Cu對合金的高溫性能有一定好處。

本發明所用的合金原料均相對廉價，且添加的量較少，合金的成本及密度同含稀土的高強韌鎂合金相比具有明顯優勢。通過傳統的熔煉、均勻化處理及后續擠壓(反向擠壓)工藝制備出了強韌兼備的新型變形鎂合金，其強度和韌性可與含有稀土的鎂合金相當。

附圖說明