專利名稱：含Ti高強(qiáng)變形鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種變形鎂合金，具體是一種含Ti高強(qiáng)變形鎂合金。用于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國航空航天業(yè)、汽車業(yè)的迅猛發(fā)展，航天器和汽車等交通工具的輕量化就成為永恒的追求。鎂合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度、比彈性摸量，日益成為材料工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，鎂合金在實(shí)際應(yīng)用方面的發(fā)展規(guī)模只有鋁業(yè)的1/50，鋼鐵工業(yè)的1/160，其主要原因是，90％鎂合金構(gòu)件來自壓鑄方式獲得，限制了產(chǎn)品的品種和類型；大多數(shù)鎂合金結(jié)構(gòu)件局限于強(qiáng)度要求不高的小體積零件。而鎂合金熱變形(如擠壓，扎制等)后合金的組織得到細(xì)化，鑄造缺陷消除，比鑄造鎂合金具有更高的強(qiáng)度，延展性，更多樣化的力學(xué)性能。常規(guī)Mg-Al基鎂合金如AM50A、AZ31和AZ91D等具有優(yōu)良的鑄造性能，低廉的成本，但是其室溫力學(xué)性能明顯不足，已經(jīng)嚴(yán)重的制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
根據(jù)著名的霍爾-佩奇(Hall-Petch)公式，晶粒細(xì)化可明顯提高鎂合金的強(qiáng)度。對Mg-Al基鎂合金而言，可加入合金元素細(xì)化鑄態(tài)組織中粗大的β(Mg17Al12)相，獲得細(xì)小，彌散的晶界強(qiáng)化相是提高其強(qiáng)度的有效途徑。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Yan Guangyin等人在《material Science and Engineering A》(材料科學(xué)與工程A)，2001，30838-44)上發(fā)表的“Effects of bismuth and antimony additionson the microstructure and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy”(添加鉍和銻對AZ91鎂合金組織和力學(xué)性能的影響)一文中介紹的Mg-9Al-0.8Zn-0.2Mn-xBi-ySb合金，用重量百分比為1％Bi和0.4％Sb的混合加入，細(xì)化了鑄態(tài)組織中粗大的β(Mg17Al12)相，該合金的室溫強(qiáng)度達(dá)到269MPa，遠(yuǎn)好于AZ91D。但是，由于使用了比重很大的Bi和Sb元素，合金的成分極不均勻，塑韌性較低，鑄造性能也差，而且，采用鑄造工藝，不可避免的產(chǎn)生鑄造缺陷，從而限制了該合金的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有Mg-Al基鎂合金強(qiáng)度的不足，提出一種含Ti高強(qiáng)變形鎂合金，通過加入微量Ti細(xì)化基體中粗大的Mg17Al12相，然后通過塑性變形，使合金的晶粒破碎、組織更細(xì)化、成份更均勻、內(nèi)部更致密，使其進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明含Ti高強(qiáng)變形鎂合金成分及其重量百分比為3-9％Al，0.1-0.5％Mn，0.01-0.5％Ti，0.05-0.5％Zn，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為Mg。
本發(fā)明以3-9％Al作為基本成分，同時加入0.05-0.5％Zn是賦予合金必要的強(qiáng)度與鑄造性能，加入0.01-0.5％Ti起細(xì)化晶粒作用，加入0.1-0.5％的Mn是為了提高合金的抗腐蝕性能。通過塑性變形工藝使合金的晶粒破碎、組織更細(xì)化、成份更均勻、內(nèi)部更致密。本發(fā)明形成的變形鎂合金的強(qiáng)度遠(yuǎn)超過目前廣泛使用的鎂合金AZ91D，而耐腐蝕性能及成本與鎂合金AZ91相當(dāng)。
本發(fā)明優(yōu)選配方為5-9％Al，0.3％Mn，0.01-0.5％Ti，0.05-0.5％Zn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni小于0.02％，其余為Mg。本優(yōu)選配方獲得的合金具有較高的常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。
本發(fā)明的制備工藝如下首先在氣體或覆蓋劑保護(hù)條件下，將工業(yè)純鎂完全熔化后，分別以工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-Mn中間合金、Al-Ti中間合金形式加入合金元素Al，Mn，Zn，Ti，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌使其混合均勻，撈去表面浮渣后進(jìn)行鑄造，然后將鑄錠進(jìn)行塑性變形。
本發(fā)明成本低廉，生產(chǎn)效率高，明顯提高了合金的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明變形鎂合金的顯微組織明顯細(xì)化，粗大的Mg17Al12相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的條狀或顆粒狀，由連續(xù)分布變?yōu)楣铝⒌膹浬⒎植?。以Mg-5Al-0.5Ti合金為例，晶粒尺寸由40um銳減為10um，合金的室溫抗拉強(qiáng)度292Mpa、屈服強(qiáng)度145MPa，延伸率為22％；即新合金的強(qiáng)度與目前常用的AZ91D鎂合金相比顯著提高，而合金成本則與AZ91D相當(dāng)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1合金成分(重量百分比)9.0％Al、0.03％Ti、0.3％Mn、0.05％Zn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。
含Ti高強(qiáng)變形鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，同時采用FS60.5％/CO2混合氣體保護(hù)；(2)待鎂完全熔化后，在680℃加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-10Mn中間合金；(3)在720℃加入Al-10Ti中間合金，保溫20分鐘后攪拌3分鐘，以使Ti充分熔化；(4)在720℃下繼續(xù)保溫約15分鐘，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，在720℃的澆鑄溫度下靜置10分鐘，然后撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造；(5)鑄錠在420℃均勻化處理3h，在410℃下保溫30分鐘，采用鑄態(tài)直接擠壓工藝，在模具溫度為400℃時進(jìn)行第一次擠壓，擠壓比為20；接著，將擠壓件在310℃保溫30分鐘，模溫300℃下進(jìn)行第二次擠壓，擠壓比為9。本實(shí)施例的合金的晶粒大小為8μm，常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率分別達(dá)到288MPa，140MPa，20％。
實(shí)施例2合金成分(重量百分比)3.0％Al、0.1％Mn、0.5％Zn，0.2％Ti，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。
含Ti高強(qiáng)變形鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，加熱熔煉，同時撒少量覆蓋劑(JDF)0.3Kg在坩堝底部；(2)待鎂完全熔化后，在700℃加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-10Mn中間合金；(3)在720℃加入Al-10Ti中間合金、保溫20分鐘后攪拌6分鐘，以使Ti充分熔化；(4)在720℃下繼續(xù)保溫約15分鐘，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，在730℃的澆鑄溫度下靜置10分鐘，然后撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造.(5)鑄錠在380℃均勻化處理5h，然后采用固溶后擠壓工藝，鑄錠在415℃固溶20h，然后在410℃下保溫60分鐘，在模具溫度為400℃時進(jìn)行第一次擠壓，擠壓比為16；接著，將擠壓件在310℃保溫30分鐘，模溫300℃下進(jìn)行第二次擠壓，擠壓比為14。本實(shí)施例的合金的晶粒大小為15μm，常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到273MPa，135MPa，17％。
實(shí)施例3合金成分(重量百分比)5.0％Al、0.5％Ti、0.3％Mn、0.2％Zn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。
含Ti高強(qiáng)變形鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，加熱熔煉，同時撒少量覆蓋劑(JDF)0.3Kg在坩堝底部；(2)待鎂完全熔化后，在690℃加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-10Mn中間合金；(3)在720℃加入Al-10Ti中間合金，保溫20分鐘后攪拌5分鐘，以使Ti充分熔化；(4)在720℃下繼續(xù)保溫約15分鐘，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，在730℃的澆鑄溫度下靜置10分鐘，然后撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造。(5)鑄錠在400℃均勻化處理8h，在410℃下保溫40分鐘，然后循環(huán)軋制9道次，每一道次的壓縮比為14％，在每一道次軋制之前加熱10分鐘。本實(shí)施例的合金的晶粒大小為10μm，常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到292MPa，145MPa，22％。
實(shí)施例4合金成分(重量百分比)8％Al、0.01％Ti、0.5％Mn、0.4％Zn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。
含Ti高強(qiáng)變形鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，加熱熔煉，同時采用FS60.5％/CO2混合氣體保護(hù)；(2)待鎂完全熔化后，在700℃加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-10Mn中間合金；(3)在720℃加入Al-10Ti中間合金，保溫20分鐘后攪拌6分鐘，以使Ti充分熔化；(4)在720℃下繼續(xù)保溫約15分鐘，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌合金液使成分均勻，在730℃的澆鑄溫度下靜置10分鐘，然后撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造。(5)鑄錠在400℃均勻化處理3h，在410℃下保溫60分鐘，采用鑄態(tài)直接擠壓工藝，在模具溫度為400℃時進(jìn)行第一次擠壓，擠壓比為9；接著，將擠壓件在310℃保溫30分鐘，模溫300℃下進(jìn)行第二次擠壓，擠壓比為20。本實(shí)施例的合金的晶粒大小為6μm，常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到285MPa，143Mpa，21％。
權(quán)利要求
1.一種含Ti高強(qiáng)變形鎂合金，其特征在于，包含的各成分及其重量百分比為3-9％Al，0.1-0.5％Mn，0.01-0.5％Ti，0.05-0.5％Zn，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含Ti高強(qiáng)變形鎂合金，其特征是，對重量百分比的進(jìn)一步限定為5-9％Al，0.3％Mn，0.01-0.5％Ti，0.05-0.5％Zn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni小于0.02％，其余為Mg。
全文摘要
一種含Ti高強(qiáng)變形鎂合金，用于金屬材料領(lǐng)域。合金成分及其重量百分比為3－9％Al，0.1－0.5％Mn，0.01－0.5％Ti，0.05－0.5％Zn，雜質(zhì)元素小于0.02％，其余為Mg。本發(fā)明成本低廉，生產(chǎn)效率高，明顯提高了合金的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。本發(fā)明變形鎂合金的顯微組織明顯細(xì)化，粗大的Mg
文檔編號C22C23/02GK1614062SQ20041006678
公開日2005年5月11日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者王渠東, 陳永軍, 翟春泉, 丁文江 申請人:上海交通大學(xué)