一種高屈服強度鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及儀合金材料技術領域，具體指一種高屈服強度儀合金，本發明還設及 上述高屈服強度儀合金的制備方法。
【背景技術】
[0002] 1774年儀首次被人們發現，它具有高的比強度、比剛度、優良的阻尼性能W及防 磁、屏蔽、散熱、易切削加工、易回收等諸多優點，目前被廣泛的運用于汽車、摩托車等交通 工具、計算機、通訊、儀器儀表、家電、冶金、航空航天、國防軍工等。然而，由于儀合金的絕對 強度低，限制了它在結構材料領域的進一步應用。
[0003] 屈服強度是衡量材料性能的一個重要參數，在材料拉伸變形過程中，當受力超過 屈服點，就會產生永久的不可恢復的塑性變形，使工件發生永久性變形，不能繼續滿足使用 要求，甚至出現安全隱患。因此對于機械構件材料，除了要求較高的抗拉強度，屈服強度也 是一種重要的指標，屈服強度越高，意味著材料的安全強度越大，構件越安全。
[0004] 授權公告號為CN103952613B的中國發明專利《一種含稀±姉與錠的高屈強比變形 儀合金K【申請號】201410210886.2)披露了一種材料，該材料中，稀±元素的添加能有效的 提高儀合金的屈服強度，但是，也極大的提高了儀合金的成本，限制了材料的應用。
[0005] 因此，對于目前的儀合金材料及其制備方法，有待于做進一步的改進。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種塑性好、屈服強度 高且成本低的儀合金。
[0007] 本發明所要解決的另一個技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種儀合金的制 備方法，該方法制備的儀合金屈服強度得到有效提高，其它各項力學性能也明顯上升。
[000引本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種高屈服強度儀合金，其特征 在于:按重量百分比計，所述儀合金包括W下組分
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 在上述方案中，所述儀合金中的雜質含量為Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005% ;Zn/Al質量比大于4, W保證合金中不出現粗大的巫（Mg2i(Al ,Zn)i7)相。
[0013] 上述高屈服強度儀合金的制備方法，其特征在于包括W下步驟：
[0014] (1)合金烙煉及鑄造
[0015] 在SF6+C02氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至730 ~75(TC，打渣，然后加入工業純鋒錠，并將其壓入儀烙液液面W下，待鋒錠烙化后攬拌5~ lOmin;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置I~化；
[0016] 調節溫度到720~740°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在700°C~720°C下 進行半連續鑄錠；
[0017] (2)均勻化熱處理
[0018] 將步驟（1)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理;熱處理完畢后用 車床將鑄錠外表車光待用；
[0019] (3)熱擠壓
[0020] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到250~300°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為250~ 300°C，擠壓比> 10,擠壓速度為100~200mm/min;
[0021] (4)時效處理
[0022] 將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，處理完畢后即得到所述的高屈服強度儀合 金O
[0023] 在上述方案中，所述的侶儘中間合金為Al-25%Mn中間合金，所述的儀巧中間合金 為Mg-30%Ca中間合金。
[0024] 作為優選，所述均勻化熱處理的溫度為330°C，保溫時間為12~2地，保溫完畢后空 冷。所述時效處理的時效溫度為160°C，時效時間為24~30h。
[0025] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0026] 本發明在儀合金中添加了鋒及少量的侶，鋒、侶的添加可W對儀合金提供固溶強 化、析出強化作用，且本發明突出強調控制侶的添加量，運是由于本發明中控制鋒/侶質量 比并結合本發明的半連續鑄錠制備方法，可使所得鑄錠中的鋒、侶元素形成均勻分布的T (Mg32(Al，Zn)49)相，而不是粗大的取相，使得鑄錠的微觀偏析減輕，初始微觀組織的質量提 高，為后續材料固溶與時效析出效果的提高奠定較好的基礎，保證最終材料具有高的力學 性能；
[0027] 同時，本發明中添加的巧對儀合金晶粒和析出組織具有細化作用，從而進一步提 高合金材料的塑性和屈服強度；
[0028] 另外，本發明的添加元素成本較低，最后制備的儀合金材料成本明顯低于ZK60合 金(ZK60合金中Zr添加困難，損耗大，造成該合金的制造成本居高不下），與現有AZ80合金 (ZKSOA-l'S屈服強度285M化，伸長率11 % ; AZ80A-T5屈服強度275MPa，伸長率7 % )的成本相 當。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發明實施例1中步驟(1)鑄造后所得材料的金相組織圖；
[0030] 圖2為本發明實施例1中最后所得材料的TEM及析出相的比對圖。
【具體實施方式】
[0031] W下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0032] 實施例1:
[0033] 按重量百分比計，本實施例的高屈服強度儀合金包括W下組分Zn6% ,All.2%， MnO. 3%，CaO. 4%，W及余量的Mg;儀合金中的雜質含量為Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0034] 上述高屈服強度儀合金的制備方法包括W下步驟：
[0035] (1)合金烙煉及鑄造
[0036] 在SF6+C02氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至750 °C，打渣，然后加入工業純鋒錠，將工業純鋒錠迅速壓入儀烙液液面W下，待鋒錠烙化后攬 拌IOmin;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置1.化;侶儘中 間合金為Al -25 % Mn中間合金，所述的儀巧中間合金為Mg-30 %化中間合金；
[0037] 調節溫度到730°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在700°C下進行半連續鑄 錠；
[0038] (2)均勻化熱處理
[0039] 將步驟（1)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的 溫度為330°C，保溫時間為12h，保溫完畢后空冷；熱處理完畢后用車床將鑄錠外表車光待 用；
[0040] (3)熱擠壓
[0041] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到250°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為300°C，擠壓 tt 12，擠壓速度為150mm/min;
[0042] (4)時效處理
[0043] 將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，時效溫度為160°C，時效時間為24h;處理完 畢后即得到高屈服強度儀合金。
[0044] 如圖1、2所示，本實施例制備的材料析出相極為細小，有利于提高材料的屈服強 度。
[0045] 實施例2:
[0046] 按重量百分比計，本實施例的高屈服強度儀合金包括W下組分化6.5% ,All.5%， MnO. 4%，CaO. 5%，W及余量的Mg;儀合金中的雜質含量為Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0047] 上述高屈服強度儀合金的制備方法包括W下步驟：
[004引（1)合金烙煉及鑄造
[0049] 在SF6+C02氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至730 °c，打渣，然后加入工業純鋒錠，將工業純鋒錠迅速壓入儀烙液液面W下，鋒錠烙化后攬拌 8min;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置化;侶儘中間合金 為Al -25 % Mn中間合金，所述的儀巧中間合金為Mg-30 % Ca中間合金；
[0050] 調節溫度到740°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在720°C下進行半連續鑄 錠；
[0051 ] (2)均勻化熱處理
[0052] 將步驟（1)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的 溫度為330°C，保溫時間為2地，保溫完畢后空冷；熱處理完畢后用車床將鑄錠外表車光待 用；
[0053] (3)熱擠壓
[0054] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到250°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為250°C，擠壓 ttio,擠壓速度為lOOmm/min;
[0化日](4)時效處理
[0056]將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，時效溫度為160°C，時效時間為30h;處理完 畢后即得到高屈服強度儀合金。
[0化7]實施例3:
[005引按重量百分比計，本實施例的高屈服強度儀合金包括W下組分化5.5% ,All.0%， MnO . 2%，CaO. 7%，W及余量的Mg;儀合金中的雜質含量為Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005%。
[0059] 上述高屈服強度儀合金的制備方法包括W下步驟：
[0060] (1)合金烙煉及鑄造
[0061] 在SF6+C02氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至740 °c，打渣，然后加入工業純鋒錠，將工業純鋒錠迅速壓入儀烙液液面W下，鋒錠烙化后攬拌 5min;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置化;侶儘中間合金 為Al -25 % Mn中間合金，所述的儀巧中間合金為Mg-30 % Ca中間合金；
[0062] 調節溫度到730°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在700°C下進行半連續鑄 錠；
[0063] (2)均勻化熱處理
[0064] 將步驟（1)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的 溫度為330°C，保溫時間為20h，保溫完畢后空冷；熱處理完畢后用車床將鑄錠外表車光待 用；
[00化](3)熱擠壓
[0066] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到270°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為280°C，擠壓 tt 12，擠壓速度為200mm/min;
[0067] (4)時效處理
[0068] 將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，時效溫度為160°C，時效時間為24h;處理完 畢后即得到高屈服強度儀合金。
[0069] 實施例4:
[0070] 按重量百分比計，本實施例的高屈服強度儀合金包括W下組分Zn5% ,All.0%， MnO . 2%，CaO. 3%，W及余量的Mg;儀合金中的雜質含量為Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005%。
[0071] 上述高屈服強度儀合金的制備方法包括W下步驟：
[0072] (1)合金烙煉及鑄造
[0073] 在SF6+C02氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至730 °c，打渣，然后加入工業純鋒錠，將工業純鋒錠迅速壓入儀烙液液面W下，鋒錠烙化后攬拌 5min;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置化;侶儘中間合金 為Al -25 % Mn中間合金，所述的儀巧中間合金為Mg-30 % Ca中間合金；
[0074] 調節溫度到740°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在720°C下進行半連續鑄 錠；
[00巧](2)均勻化熱處理
[0076] 將步驟（I)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的 溫度為330°C，保溫時間為12h，保溫完畢后空冷；熱處理完畢后用車床將鑄錠外表車光待 用；
[0077] (3)熱擠壓
[0078] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到300°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為300°C，擠壓 tt 12，擠壓速度為150mm/min;
[00巧](4)時效處理
[0080]將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，時效溫度為160°c，時效時間為24h;處理完 畢后即得到高屈服強度儀合金。
[0081 ] 實施例5:
[0082] 按重量百分比計，本實施例的高屈服強度儀合金包括W下組分化7% ,Al 1.5%， MnO. 4%，CaO. 7%，W及余量的Mg;儀合金中的雜質含量為Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0083] 上述高屈服強度儀合金的制備方法包括W下步驟：
[0084] (1)合金烙煉及鑄造
[0085] 在SF6+0)2氣體保護下，將工業純儀錠置于電阻相蝸爐中加熱，待溶化后升溫至740 °c，打渣，然后加入工業純鋒錠，將工業純鋒錠迅速壓入儀烙液液面W下，鋒錠烙化后攬拌 IOmin;再加入侶錠、侶儘中間合金和儀巧中間合金，烙化后攬拌均勻，靜置化;侶儘中間合 金為Al -25 % Mn中間合金，所述的儀巧中間合金為Mg-30 %化中間合金；
[0086] 調節溫度到730°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在710°C下進行半連續鑄 錠；
[0087] (2)均勻化熱處理
[0088] 將步驟（1)得到的鑄錠銀切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的 溫度為330°C，保溫時間為2地，保溫完畢后空冷；熱處理完畢后用車床將鑄錠外表車光待 用；
[0089] (3)熱擠壓
[0090] 將模具和步驟(2)得到的巧料預熱到280°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為290°C，擠壓 tt 10，擠壓速度為200mm/min;
[0091] (4)時效處理
[0092] 將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，時效溫度為160°C，時效時間為30h;處理完 畢后即得到高屈服強度儀合金。
[0093] 對上述實施例1~3所得儀合金材料及現有市場上的儀合金AZ31與ZK60進行力學 性能測試，測試結果如表1所示。
[0094] 可W看出，與現有的儀合金AZ31與ZK60相比，本發明所制備的儀合金在各項力學 性能上都有明顯提升。
[0095] 表 1 「nnn么1
【主權項】
1. 一種高屈服強度鎂合金，其特征在于:按重量百分比計，所述鎂合金包括以下組分 Zn 5% ~7%， A1 1.0%- 1.5%, Μη 0.2% -- 0,4%, Ca 0.3% ~0,7%,以及 余量的Mg。2. 根據權利要求1所述的高屈服強度鎂合金，其特征在于:所述鎂合金中的雜質含量為 Fe《0.01%，Cu<0.01%，Ni<0.005%。3. 根據權利要求1所述的高屈服強度鎂合金，其特征在于:所述鎂合金中Zn/Al質量比 大于4。4. 一種權利要求1或2或3所述高屈服強度鎂合金的制備方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 合金熔煉及鑄造 在SF6+⑶2氣體保護下，將工業純鎂錠置于電阻坩堝爐中加熱，待溶化后升溫至730~ 750 °C，打渣，然后加入工業純鋅錠，鋅錠熔化后攪拌5~lOmin;再加入鋁錠、鋁錳中間合金 和鎂鈣中間合金，熔化后攪拌均勻，靜置1~2h; 調節溫度到720~740°C，用精煉劑進行精煉，精煉后打渣，然后在700°C~720 °C下進行 半連續鑄錠； (2) 均勻化熱處理 將步驟（1)得到的鑄錠鋸切至合適尺寸，然后進行均勻化熱處理;熱處理完畢后用車床 將鑄錠外表車光待用； (3) 熱擠壓 將模具和步驟（2)得到的坯料預熱到250~300°C，進行熱擠壓，擠壓溫度為250~300 °C，擠壓比2 10,擠壓速度為100~200mm/min; (4) 時效處理 將擠壓得到的棒材進行人工時效處理，處理完畢后即得到所述的高屈服強度鎂合金。5. 根據權利要求4所述的高屈服強度鎂合金的制備方法，其特征在于:所述的鋁錳中間 合金為A1-25 % Μη中間合金，所述的鎂鈣中間合金為Mg-30 % Ca中間合金。6. 根據權利要求4所述的高屈服強度鎂合金的制備方法，其特征在于:所述均勻化熱處 理的溫度為330°C，保溫時間為12~24h，保溫完畢后空冷。7. 根據權利要求4所述的高屈服強度鎂合金的制備方法，其特征在于:所述時效處理的 時效溫度為160°C，時效時間為24~30h。
【專利摘要】本發明涉及一種高屈服強度鎂合金及其制備方法，按重量百分比計，鎂合金包括以下組分Zn5％～7％，Al1.0％～1.5％，Mn0.2％～0.4％，Ca0.3％～0.7％，以及余量的Mg。本發明在鎂合金中添加了鋅及少量的鋁，鋅、鋁的添加可以對鎂合金提供固溶強化、析出強化作用，且本發明突出強調控制鋁的添加量，這與本發明的半連續鑄錠制備方法結合，可使所得鑄錠中的鋅、鋁元素形成均勻分布的τ(Mg32(Al,Zn)49)相，而不是粗大的相，使得鑄錠的微觀偏析減輕，初始微觀組織的質量提高，為后續材料固溶與時效析出效果的提高奠定較好的基礎，保證最終材料具有高的力學性能。本發明中添加的鈣對鎂合金晶粒和析出組織具有細化作用，從而進一步提高合金材料的塑性和屈服強度。
【IPC分類】C22F1/06, C22C1/03, C22C23/04
【公開號】CN105714168
【申請號】CN201610179636
【發明人】王榮, 朱秀榮, 張瀟, 任政, 王軍, 宋運坤, 邵志文, 徐永東, 龐松, 郭紅燕
【申請人】中國兵器科學研究院寧波分院