非熱處理自強化鋁鎂合金及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及合金材料制備領域，特別是涉及一種非熱處理自強化鋁鎂合金及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]近年來隨著汽車與航空航天輕量化的加速，對合金材料的性能要求更加苛刻，如對汽車零件與航空零件設計時要求有高的屈服強度，在變形時要求有高的延伸率、優良的沖擊韌性及良好的耐磨性能與疲勞性能。目前，國內外市場上汽車用材料已經大規模使用鋁合金，但是普通鋁合金無法滿足現代汽車業與航空航天業的需求，例如目前市場上鋁鎂材料存在力學性能和切削加工性能較差等缺點，且絕大部分的鋁合金制備均是通過熱處理完成的，成本消耗巨大，這就對合金材料及其制備工藝提出了更高的要求。因此有必要開發出一種鑄造性能(包括精密壓鑄，鍛造，擠壓變形，低壓鑄造及半固態鑄造)和機械性能優良，且成本較低的鋁合金及其制備工藝來解決上述問題。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種非熱處理自強化鋁鎂合金及其制備工藝，在保證鋁鎂合金流動性的前提條件下，對合金元素進行重新匹配，不進行熱處理的條件下，使鋁鎂系合金能夠自強化得到高性能材料及汽車、航空航天零部件。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種非熱處理自強化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(1)將純鎂錠、中間合金AL—Si,AL-Mn預熱到180—240°C，純鋁熔化后升溫至680°C，加入純鎂錠待熔化后保溫20分鐘，再將合金液升溫至740— 760°C，依次將中間合金AL—S1、AL — Mn加入至合金液中，待其熔化后，在740°C下保溫30分鐘；
其中，上述材料中各成分按重量百分比為Mg:4.5—6.5,Si < 0.UMn:0.4—0.8、其他雜質(包括Fe) ^ 0.4 ；
(2)將合金液溫度升溫到780V，加入混合稀土，待混合稀土熔化后去除表面浮渣，攪拌3—6分鐘后將合金液溫度提高至770— 780°C，保溫靜置30分鐘；
其中，混合稀土總重量不大于1，其La、Ce、Sm、Nd每種元素按重量百分比分別小于0.35 ；
(3)將合金液降溫至750°C進行精煉，精煉15分鐘后將合金液降溫至710°C進行除渣，再將合金液降溫至690°C進行除氣，最后完成鑄件生產。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是:提供一種由上述制備工藝制備的鋁鎂合金，室溫與高溫下均具有高強度、高延伸率及強變形能力，且成本低廉，可大批量應用于民用領域。
[0006]在本發明一個較佳實施例中，在制備工藝的步驟(3)中鑄件生產的鑄造工藝包括精密壓鑄、低壓鑄造、半固態流變鑄造。精密壓鑄的工藝方法為將除渣除氣后的合金液降溫到680°C進行壓鑄。低壓鑄造的工藝方法為將除渣除氣后的合金液保溫在700°C，再將合金液導入低壓鑄造機保溫爐中進行鑄造。半固態流變鑄造的工藝方法為將除渣除氣后的合金液降溫至590— 610°C，將合金熔體導入半固態漿料制備設備中或模具中進行半固態制備。
[0007]在本發明一個較佳實施例中，鑄件成型后的產品要求進行熱處理工藝，以達到更高的強度與屈服度，其包括固溶處理和人工時效，固溶處理為在溫度高于545°C固溶處理持續3小時，球化初生Si，增加產品強度與韌性，人工時效為在165°C溫度時效處理持續6—12小時，消除內應力。熱處理工藝是解決材料的強度、塑性合理搭配(高的強度和足夠的塑性)和抗腐蝕性能的關鍵。
[0008]在本發明一個較佳實施例中，制備的鋁鎂合金室溫下拉伸強度彡260Mpa，屈服強度彡220MPa，延伸率彡15%。相對于現有市場上的鋁鎂系合金的室溫強度和高溫強度有大幅度提升，以ZL302為例，相同條件下，ZL302平均室溫下拉伸強度210MPa，延伸率為12%。因此，本發明制備的非熱處理強化鋁鎂合金的材料性能明顯高于ZL302。
[0009]在本發明一個較佳實施例中，對于不同鑄造工藝生產出的產品性能分別為:精密壓鑄的產品室溫抗拉強度彡325MPa，屈服強度彡170MPa，延伸率彡10% ;低壓鑄造的產品室溫抗拉強度彡300MPa，屈服強度彡160Mpa，延伸率彡10% ;半固態流變鑄造的產品室溫抗拉強度彡340MPa，屈服強度彡196Mpa，延伸率彡10%。通過熱處理工藝后的材料性能相較之前又有所提高，對于不同鑄造工藝生產出來的產品性能也有所差異。
[0010]本發明由于對材料中加入的稀土元素及與Mn、Mg元素的嚴格配比，讓鋁合金材料中的Mn及Mg的支晶組成進行細化，通過形成支晶組織使材料發生了自強化的效果，可以不用通過熱處理，直接通過精密壓鑄、鍛造、擠壓變形、低壓鑄造及半固態鑄造就可以得到性能優秀的精密零件。
[0011]本發明的有益效果是:
(I)采用混合稀土與Mn、Mg元素的摩爾匹配數來確定自強化鋁鎂合金的高強度與高延展性，使用其配比方式顯著提高了細化效果及合金的屈服強度，有效使Mn、Mg形成支晶組織，從而提尚其延伸率及材料疲勞性能，具有明顯的尚耐熱性、尚延伸率及優秀的抗拉強度和屈服強度、低熱膨脹系數等特性。
[0012](2)對合金進行成分重新界定，使合金在室溫自時效時間內發揮時效強化效果，可不通過人工熱處理方式即可得到高強度、高延伸率的鋁鎂合金。
[0013](3)成本低廉，可連續規模化生產，可大批量應用于汽車、航空航天、電子零部件等民用方面。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0015]實施例1:
一種非熱處理自強化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(I)將純鎂錠、中間合金AL—Si ,AL-Mn預熱到180—240°C，純鋁熔化后升溫至680°C，加入純鎂錠待熔化后保溫20分鐘，再將合金液升溫至740— 760°C，依次將中間合金AL—S1、AL — Mn加入至合金液中，待其熔化后，在740°C下保溫30分鐘，使其充分均勻化； 上述材料中各成分按重量百分比為Mg:4.5—6.5、Si < 0.1、Mn:0.4—0.8、其他雜質彡 0.4 (其中 Fe < 0.5)；
(2)將合金液溫度升溫到780°C，加入混合稀土，待混合稀土熔化后去除表面浮渣，攪拌3—6分鐘使成分均勻化，攪拌后將合金液溫度提高至770— 780°C，保溫靜置30分鐘；
其中，混合稀土總重量不大于1，其La、Ce、Sm、Nd每種元素按重量百分比分別小于0.35 ；
(3)將合金液降溫至750°C進行精煉精煉15分鐘后將合金液降溫至710°C進行除渣，再將合金液降溫至690°C進行除氣，最后將除渣除氣后的合金液降溫到680°C進行壓鑄，鑄件成型后進行熱處理工藝，在溫度高于545°C中固溶處理持續3小時，后在溫度165°C進行時效處理6— 12小時。
[0016]本實例所得零件強化取樣室溫下抗拉強度彡325MPa，屈服強度彡170MPa，延伸率
^ 10% O
[0017]實施例2:
一種非熱處理自強化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(1)