一种高屈服强度镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及儀合金材料技术领域，具体指一种高屈服强度儀合金，本发明还设及 上述高屈服强度儀合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 1774年儀首次被人们发现，它具有高的比强度、比刚度、优良的阻尼性能W及防 磁、屏蔽、散热、易切削加工、易回收等诸多优点，目前被广泛的运用于汽车、摩托车等交通 工具、计算机、通讯、仪器仪表、家电、冶金、航空航天、国防军工等。然而，由于儀合金的绝对 强度低，限制了它在结构材料领域的进一步应用。
[0003] 屈服强度是衡量材料性能的一个重要参数，在材料拉伸变形过程中，当受力超过 屈服点，就会产生永久的不可恢复的塑性变形，使工件发生永久性变形，不能继续满足使用 要求，甚至出现安全隐患。因此对于机械构件材料，除了要求较高的抗拉强度，屈服强度也 是一种重要的指标，屈服强度越高，意味着材料的安全强度越大，构件越安全。
[0004] 授权公告号为CN103952613B的中国发明专利《一种含稀±姉与锭的高屈强比变形 儀合金K【申请号】201410210886.2)披露了一种材料，该材料中，稀±元素的添加能有效的 提高儀合金的屈服强度，但是，也极大的提高了儀合金的成本，限制了材料的应用。
[0005] 因此，对于目前的儀合金材料及其制备方法，有待于做进一步的改进。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种塑性好、屈服强度 高且成本低的儀合金。
[0007] 本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种儀合金的制 备方法，该方法制备的儀合金屈服强度得到有效提高，其它各项力学性能也明显上升。
[000引本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种高屈服强度儀合金，其特征 在于:按重量百分比计，所述儀合金包括W下组分
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 在上述方案中，所述儀合金中的杂质含量为Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005% ;Zn/Al质量比大于4, W保证合金中不出现粗大的巫（Mg2i(Al ,Zn)i7)相。
[0013] 上述高屈服强度儀合金的制备方法，其特征在于包括W下步骤：
[0014] (1)合金烙炼及铸造
[0015] 在SF6+C02气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至730 ~75(TC，打渣，然后加入工业纯锋锭，并将其压入儀烙液液面W下，待锋锭烙化后揽拌5~ lOmin;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置I~化；
[0016] 调节溫度到720~740°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在700°C~720°C下 进行半连续铸锭；
[0017] (2)均匀化热处理
[0018] 将步骤（1)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理;热处理完毕后用 车床将铸锭外表车光待用；
[0019] (3)热挤压
[0020] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到250~300°C，进行热挤压，挤压溫度为250~ 300°C，挤压比> 10,挤压速度为100~200mm/min;
[0021] (4)时效处理
[0022] 将挤压得到的棒材进行人工时效处理，处理完毕后即得到所述的高屈服强度儀合 金O
[0023] 在上述方案中，所述的侣儘中间合金为Al-25%Mn中间合金，所述的儀巧中间合金 为Mg-30%Ca中间合金。
[0024] 作为优选，所述均匀化热处理的溫度为330°C，保溫时间为12~2地，保溫完毕后空 冷。所述时效处理的时效溫度为160°C，时效时间为24~30h。
[0025] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0026] 本发明在儀合金中添加了锋及少量的侣，锋、侣的添加可W对儀合金提供固溶强 化、析出强化作用，且本发明突出强调控制侣的添加量，运是由于本发明中控制锋/侣质量 比并结合本发明的半连续铸锭制备方法，可使所得铸锭中的锋、侣元素形成均匀分布的T (Mg32(Al，Zn)49)相，而不是粗大的取相，使得铸锭的微观偏析减轻，初始微观组织的质量提 高，为后续材料固溶与时效析出效果的提高奠定较好的基础，保证最终材料具有高的力学 性能；
[0027] 同时，本发明中添加的巧对儀合金晶粒和析出组织具有细化作用，从而进一步提 高合金材料的塑性和屈服强度；
[0028] 另外，本发明的添加元素成本较低，最后制备的儀合金材料成本明显低于ZK60合 金(ZK60合金中Zr添加困难，损耗大，造成该合金的制造成本居高不下），与现有AZ80合金 (ZKSOA-l'S屈服强度285M化，伸长率11 % ; AZ80A-T5屈服强度275MPa，伸长率7 % )的成本相 当。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例1中步骤(1)铸造后所得材料的金相组织图；
[0030] 图2为本发明实施例1中最后所得材料的TEM及析出相的比对图。
【具体实施方式】
[0031] W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0032] 实施例1:
[0033] 按重量百分比计，本实施例的高屈服强度儀合金包括W下组分Zn6% ,All.2%， MnO. 3%，CaO. 4%，W及余量的Mg;儀合金中的杂质含量为Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0034] 上述高屈服强度儀合金的制备方法包括W下步骤：
[0035] (1)合金烙炼及铸造
[0036] 在SF6+C02气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至750 °C，打渣，然后加入工业纯锋锭，将工业纯锋锭迅速压入儀烙液液面W下，待锋锭烙化后揽 拌IOmin;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置1.化;侣儘中 间合金为Al -25 % Mn中间合金，所述的儀巧中间合金为Mg-30 %化中间合金；
[0037] 调节溫度到730°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在700°C下进行半连续铸 锭；
[0038] (2)均匀化热处理
[0039] 将步骤（1)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理，均匀化热处理的 溫度为330°C，保溫时间为12h，保溫完毕后空冷；热处理完毕后用车床将铸锭外表车光待 用；
[0040] (3)热挤压
[0041] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到250°C，进行热挤压，挤压溫度为300°C，挤压 tt 12，挤压速度为150mm/min;
[0042] (4)时效处理
[0043] 将挤压得到的棒材进行人工时效处理，时效溫度为160°C，时效时间为24h;处理完 毕后即得到高屈服强度儀合金。
[0044] 如图1、2所示，本实施例制备的材料析出相极为细小，有利于提高材料的屈服强 度。
[0045] 实施例2:
[0046] 按重量百分比计，本实施例的高屈服强度儀合金包括W下组分化6.5% ,All.5%， MnO. 4%，CaO. 5%，W及余量的Mg;儀合金中的杂质含量为Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0047] 上述高屈服强度儀合金的制备方法包括W下步骤：
[004引（1)合金烙炼及铸造
[0049] 在SF6+C02气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至730 °c，打渣，然后加入工业纯锋锭，将工业纯锋锭迅速压入儀烙液液面W下，锋锭烙化后揽拌 8min;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置化;侣儘中间合金 为Al -25 % Mn中间合金，所述的儀巧中间合金为Mg-30 % Ca中间合金；
[0050] 调节溫度到740°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在720°C下进行半连续铸 锭；
[0051 ] (2)均匀化热处理
[0052] 将步骤（1)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理，均匀化热处理的 溫度为330°C，保溫时间为2地，保溫完毕后空冷；热处理完毕后用车床将铸锭外表车光待 用；
[0053] (3)热挤压
[0054] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到250°C，进行热挤压，挤压溫度为250°C，挤压 ttio,挤压速度为lOOmm/min;
[0化日](4)时效处理
[0056]将挤压得到的棒材进行人工时效处理，时效溫度为160°C，时效时间为30h;处理完 毕后即得到高屈服强度儀合金。
[0化7]实施例3:
[005引按重量百分比计，本实施例的高屈服强度儀合金包括W下组分化5.5% ,All.0%， MnO . 2%，CaO. 7%，W及余量的Mg;儀合金中的杂质含量为Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005%。
[0059] 上述高屈服强度儀合金的制备方法包括W下步骤：
[0060] (1)合金烙炼及铸造
[0061] 在SF6+C02气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至740 °c，打渣，然后加入工业纯锋锭，将工业纯锋锭迅速压入儀烙液液面W下，锋锭烙化后揽拌 5min;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置化;侣儘中间合金 为Al -25 % Mn中间合金，所述的儀巧中间合金为Mg-30 % Ca中间合金；
[0062] 调节溫度到730°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在700°C下进行半连续铸 锭；
[0063] (2)均匀化热处理
[0064] 将步骤（1)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理，均匀化热处理的 溫度为330°C，保溫时间为20h，保溫完毕后空冷；热处理完毕后用车床将铸锭外表车光待 用；
[00化](3)热挤压
[0066] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到270°C，进行热挤压，挤压溫度为280°C，挤压 tt 12，挤压速度为200mm/min;
[0067] (4)时效处理
[0068] 将挤压得到的棒材进行人工时效处理，时效溫度为160°C，时效时间为24h;处理完 毕后即得到高屈服强度儀合金。
[0069] 实施例4:
[0070] 按重量百分比计，本实施例的高屈服强度儀合金包括W下组分Zn5% ,All.0%， MnO . 2%，CaO. 3%，W及余量的Mg;儀合金中的杂质含量为Fe <0.01% ,Cu <0.01% ,Ni < 0.005%。
[0071] 上述高屈服强度儀合金的制备方法包括W下步骤：
[0072] (1)合金烙炼及铸造
[0073] 在SF6+C02气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至730 °c，打渣，然后加入工业纯锋锭，将工业纯锋锭迅速压入儀烙液液面W下，锋锭烙化后揽拌 5min;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置化;侣儘中间合金 为Al -25 % Mn中间合金，所述的儀巧中间合金为Mg-30 % Ca中间合金；
[0074] 调节溫度到740°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在720°C下进行半连续铸 锭；
[00巧](2)均匀化热处理
[0076] 将步骤（I)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理，均匀化热处理的 溫度为330°C，保溫时间为12h，保溫完毕后空冷；热处理完毕后用车床将铸锭外表车光待 用；
[0077] (3)热挤压
[0078] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到300°C，进行热挤压，挤压溫度为300°C，挤压 tt 12，挤压速度为150mm/min;
[00巧](4)时效处理
[0080]将挤压得到的棒材进行人工时效处理，时效溫度为160°c，时效时间为24h;处理完 毕后即得到高屈服强度儀合金。
[0081 ] 实施例5:
[0082] 按重量百分比计，本实施例的高屈服强度儀合金包括W下组分化7% ,Al 1.5%， MnO. 4%，CaO. 7%，W及余量的Mg;儀合金中的杂质含量为Fe <0.01 % ,Cu <0.01 % ,Ni < 0.005%。
[0083] 上述高屈服强度儀合金的制备方法包括W下步骤：
[0084] (1)合金烙炼及铸造
[0085] 在SF6+0)2气体保护下，将工业纯儀锭置于电阻相蜗炉中加热，待溶化后升溫至740 °c，打渣，然后加入工业纯锋锭，将工业纯锋锭迅速压入儀烙液液面W下，锋锭烙化后揽拌 IOmin;再加入侣锭、侣儘中间合金和儀巧中间合金，烙化后揽拌均匀，静置化;侣儘中间合 金为Al -25 % Mn中间合金，所述的儀巧中间合金为Mg-30 %化中间合金；
[0086] 调节溫度到730°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在710°C下进行半连续铸 锭；
[0087] (2)均匀化热处理
[0088] 将步骤（1)得到的铸锭银切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理，均匀化热处理的 溫度为330°C，保溫时间为2地，保溫完毕后空冷；热处理完毕后用车床将铸锭外表车光待 用；
[0089] (3)热挤压
[0090] 将模具和步骤(2)得到的巧料预热到280°C，进行热挤压，挤压溫度为290°C，挤压 tt 10，挤压速度为200mm/min;
[0091] (4)时效处理
[0092] 将挤压得到的棒材进行人工时效处理，时效溫度为160°C，时效时间为30h;处理完 毕后即得到高屈服强度儀合金。
[0093] 对上述实施例1~3所得儀合金材料及现有市场上的儀合金AZ31与ZK60进行力学 性能测试，测试结果如表1所示。
[0094] 可W看出，与现有的儀合金AZ31与ZK60相比，本发明所制备的儀合金在各项力学 性能上都有明显提升。
[0095] 表 1 「nnn么1
【主权项】
1. 一种高屈服强度镁合金，其特征在于:按重量百分比计，所述镁合金包括以下组分 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. 根据权利要求1所述的高屈服强度镁合金，其特征在于:所述镁合金中的杂质含量为 Fe《0.01%，Cu<0.01%，Ni<0.005%。3. 根据权利要求1所述的高屈服强度镁合金，其特征在于:所述镁合金中Zn/Al质量比 大于4。4. 一种权利要求1或2或3所述高屈服强度镁合金的制备方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 合金熔炼及铸造 在SF6+⑶2气体保护下，将工业纯镁锭置于电阻坩埚炉中加热，待溶化后升温至730~ 750 °C，打渣，然后加入工业纯锌锭，锌锭熔化后搅拌5~lOmin;再加入铝锭、铝锰中间合金 和镁钙中间合金，熔化后搅拌均匀，静置1~2h; 调节温度到720~740°C，用精炼剂进行精炼，精炼后打渣，然后在700°C~720 °C下进行 半连续铸锭； (2) 均匀化热处理 将步骤（1)得到的铸锭锯切至合适尺寸，然后进行均匀化热处理;热处理完毕后用车床 将铸锭外表车光待用； (3) 热挤压 将模具和步骤（2)得到的坯料预热到250~300°C，进行热挤压，挤压温度为250~300 °C，挤压比2 10,挤压速度为100~200mm/min; (4) 时效处理 将挤压得到的棒材进行人工时效处理，处理完毕后即得到所述的高屈服强度镁合金。5. 根据权利要求4所述的高屈服强度镁合金的制备方法，其特征在于:所述的铝锰中间 合金为A1-25 % Μη中间合金，所述的镁钙中间合金为Mg-30 % Ca中间合金。6. 根据权利要求4所述的高屈服强度镁合金的制备方法，其特征在于:所述均匀化热处 理的温度为330°C，保温时间为12~24h，保温完毕后空冷。7. 根据权利要求4所述的高屈服强度镁合金的制备方法，其特征在于:所述时效处理的 时效温度为160°C，时效时间为24~30h。
【专利摘要】本发明涉及一种高屈服强度镁合金及其制备方法，按重量百分比计，镁合金包括以下组分Zn5％～7％，Al1.0％～1.5％，Mn0.2％～0.4％，Ca0.3％～0.7％，以及余量的Mg。本发明在镁合金中添加了锌及少量的铝，锌、铝的添加可以对镁合金提供固溶强化、析出强化作用，且本发明突出强调控制铝的添加量，这与本发明的半连续铸锭制备方法结合，可使所得铸锭中的锌、铝元素形成均匀分布的τ(Mg32(Al,Zn)49)相，而不是粗大的相，使得铸锭的微观偏析减轻，初始微观组织的质量提高，为后续材料固溶与时效析出效果的提高奠定较好的基础，保证最终材料具有高的力学性能。本发明中添加的钙对镁合金晶粒和析出组织具有细化作用，从而进一步提高合金材料的塑性和屈服强度。
【IPC分类】C22F1/06, C22C1/03, C22C23/04
【公开号】CN105714168
【申请号】CN201610179636
【发明人】王荣, 朱秀荣, 张潇, 任政, 王军, 宋运坤, 邵志文, 徐永东, 庞松, 郭红燕
【申请人】中国兵器科学研究院宁波分院