一種鎂合金板材的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種鎂合金板材的制備方法，所述方法包括如下步驟：（1）熔煉；（2）模鑄成型，和（3）軋制；所述方法使用的鎂合金原料中包含有0.02～0.07wt%的Ca。采用本發明所述方法，可以得到σb≥300MPa，σ0.2≥160MPa，延伸率≥21%的鎂合金板材，完全可以滿足實際應用的需要。
【專利說明】一種鎂合金板材的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鎂合金板材的制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是：密度小（I. 8g/cm3鎂合 金左右)，比強度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有 機物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最 廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運輸、化工、火箭等 工業部門。在實用金屬中是最輕的金屬，鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4。它是實用 金屬中的最輕的金屬，高強度、高剛性。
[0003] 鎂合金是密排六方晶體結構，c/a軸比為1. 6236,在室溫下僅具有一個滑移面，在 滑移面上有3個密排方向，即有3個滑移系，根據多晶體塑性變形協調性原則，要使多晶體 在晶界處的變形相互協調，必須有5個獨立滑移系，顯然，密排六方結構的鎂合金不滿足該 條件。因此，在室溫下，鎂合金的塑性很低。當變形溫度達到225°C時，高溫滑移面(棱柱面） 被激活，鎂合金的塑性有所改善。
[0004] 鎂及其合金的另一個重要特征是加熱升溫與散熱降溫比其他金屬都快。因此，在 塑性加工過程中，溫度下降很快且不均勻，則易發生邊裂和裂紋，相對于其它金屬材料而 言，鎂及其合金的熱加工溫度范圍較窄。因此，研究一種可以得到優異的鎂合金的加工工藝 亟不可待。
[0005] 汪凌云（汪凌云，黃光杰，等，鎂合金板材乳制工藝及組織性能分析，稀有金屬材 料與工程，2007, 36 (5) :910?913)公開了一種鎂合金板材的軋制工藝，但是該方法得到 的鎂合金的性能仍不夠優異，仍無法完全滿足實際生產的需要。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種鎂合金板材的制備方法，采用本發明所述工藝制備得 到的鎂合金板材的性能優異，完全可以滿足實際生產與應用的需求，并且該工藝簡單，生產 成本較低，適合規模化生產。
[0007] 為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案：
[0008] -種鎂合金板材的制備方法，包括，熔煉，模鑄成型和軋制，所述方法使用的鎂合 金原料中包含有〇· 02?0· 07wt%的Ca。
[0009] 鑄錠是將熔化的金屬倒入永久的或可以重復使用的鑄模中制造出來的。凝固之 后，這些錠(或棒料、板坯或方坯，根據容器而定）被進一步機械加工成多種新的形狀。將鑄 錠熔煉，模鑄成型和軋制，即可得到鎂合金板材。
[0010] 鎂合金板錠的熔鑄質量對板材的加工質量起著非常重要的作用，在實際生產中， 欲得到高性能優質的鎂合金板材，必須實行鑄錠的三化，即熔體純凈化，鑄錠晶粒細化，鑄 錠組織均勻化，以保證鑄錠的質量，在三化中晶粒細化是核心。
[0011] 在現有鎂合金的基礎上加入微量的Ca以達到細化Mg-Al系合金的晶粒，改善其成 形性能。微量Ca的加入使得凝固過程中固液界面附近的Ca含量相差懸殊，液相的Ca含量 遠遠高于固相中的Ca含量。晶核形成后，原子必須連續進入晶體才能使其生長，固液前沿 液相中的高濃度Ca阻礙了Mg原子由液相向固相擴散，從而阻礙晶粒生長，使晶粒細小。
[0012] 本發明所述原料中Ca的含量為0· 02?0· 07wt%，優選為0· 025?0· 065wt%， 進一步優選為〇· 03?(λ06wt%。所述Ca的含量例如為（λ023wt%、0. 027wt%、0. 032wt%、 0. 036wt%、0. 042wt%、0. 045wt%、0. 048wt%、0. 053wt%、0. 058wt%、0. 063wt%、0. 068wt%。
[0013] 優選地，所用原料中包含有0. 12?0. 15wt%的Sr,優選為0. 125?0. 145wt%的 Sr,進一步優選為0. 12?0. 14wt%的Sr。所述Sr的含量例如為0. 124wt%、0. 128wt%、 0· 132wt%、0. 136wt%、0. 141wt%、0. 144wt%、0. 148wt%。Sr的加入也能顯著細化晶粒。Sr在 凝固過程中的再分配在一定程度上細化了鎂合金的晶粒，其細化機制是Sr與Mg或Al形成 了金屬化合物，這些化合物在凝固過程中起到形核核心的作用，促進非均質形核。
[0014] 本發明所述Ca和Sr的加入使得現有鑄錠的晶粒尺寸降低到了 40?50μm。
[0015] 對所述模鑄成型后得到的鑄錠進行均勻化退火。均勻化退火的進行可以改善鑄錠 化學成分和組織上的不均勻性，提高其工藝塑性。
[0016] 在同一溫度下，隨著保溫時間的延長，枝晶偏析越小；在相同的保溫時間下，退火 溫度越高，其枝晶偏析也越小。雖然提高退火溫度和延長保溫時間，均能減少枝晶偏析，但 是退火溫度對枝晶偏析的影響較大。
[0017] 本發明所述均勻化退火的溫度為350?400°C，例如355°C、360°C、365°C、370°C、 3751：、3801：、3851：、391：、3951：，優選 354 ?3921：，進一步優選 362 ?3841：。
[0018] 本發明所述均勻化退火的時間為10?14小時，例如10. 5小時、11小時、11. 5小 時、12小時、12. 5小時、13小時、13. 5小時，優選10. 4?13. 6小時，進一步優選10. 8?12. 8 小時。
[0019] 在本發明所述的均勻化退火條件下退火后，枝晶偏析完全消失。
[0020] 在熱軋過程中增加了軋輥的控制裝置，使軋輥溫度始終保持在10000160°c左右， 同時將軋件多次反復加熱，使軋件溫度始終控制在熱軋范圍內，從而減小了裂紋的產生和 發展。優選地，所述軋制為熱乳，所述熱軋的溫度為150?200°C，例如155°C、160°C、165°C、 170°C、175°C、180°C、185°C、190°C、195°C，優選 154 ?192°C，進一步優選 162 ?186°C。
[0021] 溫軋的目的是在一定的溫度下（高于冷軋低于熱軋），采用較大的變形量，從而得 到了抗拉強度比熱軋后高的抗拉強度，厚度比熱軋小的板材。
[0022] 優選地，所述軋制為溫扎，所述溫軋溫度為120?150°C，溫軋變形量為25%? 30%。
[0023]所述溫扎溫度例如為 125°C、130°C、135°C、140°C、145°C。
[0024]所述溫扎變形量例如為 25. 5%、26%、26. 5%、27%、27. 5%、28%、28. 5%、29%、29. 5%。
[0025] 優選地，所述軋制為冷軋。
[0026] 優選地，所述軋制為冷軋，冷軋后進行退火。采用適當的退火工藝消除冷軋時產生 的加工硬化，改變板料冷軋時產生的變形組織，獲得晶粒細小且均勻的組織，從而獲得最佳 的綜合力學性能。
[0027]優選地，所述退火溫度為 200 ?250°C，例如為 205°C、2KTC、215°C、220°C、225°C、 23°〇、2351：、2381：、2401：、2451：，優選 206 ?2411：，進一步優選 208 ?2341：。
[0028] 優選地，所述退火時間為30?50分鐘，例如32分鐘、34分鐘、36分鐘、38分鐘、42 分鐘、44分鐘、46分鐘、48分鐘，優選33?47分鐘，進一步優選35?45分鐘。
[0029] 在所述退火條件下退火后，板材的強度指標在280MPa以上，延伸率大于20%。
[0030] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
[0031] (1)采用本發明所述方法，可以得到Ob彡300MPa，〇。2彡160MPa，延伸率彡21% 的鎂合金板材，完全可以滿足實際應用的需要。
[0032] (2)本發明所述方法工藝簡單，耗能少，適合規模化生產。
【具體實施方式】
[0033] 為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的 實施例如下：
[0034] 實施例1
[0035] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0036] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有(λ02?(λ07wt%的Ca和(λ12?(λ15wt% 的Sr。
[0037] (I)熔煉；
[0038] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為375°C，均勻化退 火的時間為12小時；
[0039] (3)冷軋，冷軋后進行退火，所述退火溫度為200°C，所述退火時間為50分鐘，得到 鎂合金板材。
[0040] 實施例2
[0041] 一種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0042] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 02wt%的Ca和0. 12wt%的Sr。
[0043] (1)熔煉；
[0044] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為350°C，均勻化退 火的時間為14小時；
[0045] (3)熱乳，所述熱軋的溫度為150°C，得到鎂合金板材。
[0046] 實施例3
[0047] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0048] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 07wt%的Ca和0. 15wt%的Sr。
[0049] (1)熔煉；
[0050] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為400°C，均勻化退 火的時間為10小時；
[0051] (3)熱軋，所述熱軋的溫度為200°C，得到鎂合金板材。
[0052] 實施例4
[0053] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0054] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 03wt%的Ca和0. 14wt%的Sr。
[0055] (1)熔煉；
[0056](2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為36°C，均勻化退火 的時間為12小時；
[0057] (3)溫扎，所述溫軋溫度為120°C，溫軋變形量為25%，得到鎂合金板材。
[0058] 實施例5
[0059] -種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0060] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 04wt%的Ca和0. 13wt%的Sr。
[0061] (1)熔煉；
[0062] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為379°C，均勻化退 火的時間為13小時；
[0063] (3)溫扎，所述溫軋溫度為150°C，溫軋變形量為30%，得到鎂合金板材。
[0064] 實施例6
[0065] 一種鎂合金板材的制備方法，包括如下步驟：
[0066] 所述方法使用的鎂合金原料中包含有0. 05wt%的Ca和0. 14wt%的Sr。
[0067] (1)熔煉；
[0068] (2)模鑄成型，均勻化退火，得到鑄錠，所述均勻化退火的溫度為380°C，均勻化退 火的時間為10. 5小時；
[0069] (3)冷軋，冷軋后進行退火，所述退火溫度為250°C，所述退火時間為30分鐘，得到 鎂合金板材。
[0070] 對實施例1-6得到的鎂合金板材進行性能測試，結果如表1所示。
[0071]表1
[0072]
【權利要求】
1. 一種鎂合金板材的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 熔煉； (2) 模鑄成型，和 (3) 軋制； 所述方法使用的鎂合金原料中包含有〇. 02?0. 07wt%的Ca。
2. 如權利要求1所述的方法，所述原料中Ca的含量為0. 025?0. 065wt%，進一步優選 為 0· 03 ?0· 06wt%。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所用原料中包含有0. 12?0. 15wt%的 Sr，優選為0· 125?0· 145wt%的Sr，進一步優選為0· 12?0· 14wt%的Sr。
4. 如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，對所述模鑄成型后得到的鑄錠進行 均勻化退火； 優選地，所述均勻化退火的溫度為350?400°C，優選354?392°C，進一步優選362? 384。。； 優選地，所述均勻化退火的時間為10?14小時，優選10. 4?13. 6小時，進一步優選 10. 8?12. 8小時。
5. 如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為熱軋，所述熱軋的溫度為 150 ?200°C，優選 154 ?192°C，進一步優選 162 ?186°C。
6. 如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為溫扎，所述溫軋溫度為 120?150°C，溫軋變形量為25%?30%。
7. 如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述軋制為冷軋。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述軋制為冷軋，冷軋后進行退火。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述退火溫度為200?250°C，優選206? 241 °C，進一步優選 208 ?234°C。
10. 如權利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述退火時間為30?50分鐘，優選 33?47分鐘，進一步優選35?45分鐘。
【文檔編號】C22C23/00GK104278224SQ201310295013
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】李飛 申請人:無錫成博科技發展有限公司