一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金及其制备方法技术

技术编号:20351855 阅读:40 留言:0更新日期:2019-02-16 12:14
本发明专利技术为一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Bi‑Sn‑Al‑Ca镁合金,其组分的质量百分比为:Bi 2‑4wt%,Sn 2‑4wt%、1‑3%Al,0.05‑0.5%Ca,其余为镁;并且,合金中质量比Bi:Sn=0.8‑1.2:1。本发明专利技术可用于进行挤压速度高达25m/min的高速挤压生产,提高生产效率同时降低生产成本,挤压终了产品晶粒均匀细小且基体中弥散有大量第二相,具有较好的综合力学性能,同时有较好的阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金及其制备方法
本专利技术涉及的是一种金属材料及其加工领域的合金及其制备方法,特别是涉及一种挤压速度可达到25m/min的高强韧变形镁合金及其制备方法。
技术介绍
20世纪80年代以来,节能、环保的迫切要求促使镁合金在汽车、轨道交通和航空航天等领域的应用迅速增加。镁合金也成为继钢铁、铝合金之后的第三大金属工程材料,挤压镁合金可以提供尺寸多样的板、棒、管、线、型材产品,可以通过合金化,热处理工艺,挤压加工工艺等多种手段综合调控材料的组织结构,进而控制其性能,以满足工业领域多样化结构件的要求,因此开发挤压镁合金及其技术具有重要的现实意义。但是常规镁合金加工窗口较铝合金狭窄得多,因此通常只能采用较低的挤压速度,导致生产效率降低,生产成本提高,限制了镁合金挤压型材的应用范围。目前商用高强镁合金如AZ80和ZK60镁合金挤压速度只有0.5~2.5m/min,主要是由于随着镁合金中铝元素或者锌元素含量的的增加,低熔点镁铝相或镁锌相形成,这些低熔点第二相在高速挤压过程中会由于模具出口附近温度急剧上升而发生溶解,导致坯料开裂;此外,由于缺少高热稳定性的第二相钉扎晶界,再结晶晶粒过分长大,使得挤压产品的力学性能较低。从这一角度考虑,由于Bi元素和Sn元素在镁中因能原位生成具有高熔点的Mg3Bi2相(熔点为823℃)和Mg2Sn相(熔点为823℃),较传统的AZ、ZK系列镁合金拥有更高的热稳定性,被认为是潜在可高速挤压的镁合金系列。现有技术中,CN1876871公开了一种用于进行高速挤压的Mg-Al-Mn变形镁合金,其组成成分的重量百分比为:Al2~5wt%、Mn0.1~0.7wt%,其余为镁及少量不可避免杂质元素,该合金的挤压速度可以达到15m/min,合金的抗拉强度255~285MPa,屈服强度140~185MPa,延伸率10~20%,总体上,该合金虽能进行高速挤压,但合金可达挤压速度仍然偏低,且所得合金力学性能一般。CN101805866A公开了一种用于高速挤压的变形镁合金,该合金组分的重量百分数为Al2~9wt%、Mn0.1~1wt%、Si0.1~3wt%、Ce0.1~2wt%、Y0.1~1wt%、Sr0.1~1wt%、Sb0.1~1wt%,其余为镁及不可避免的杂质元素,该合金可进行速度不小于15m/min的挤压。该合金挤压速度仍然偏低,元素组成比较复杂,并且合金中需要添加Ce、Y、Sr等较昂贵的合金元素,直接增加了合金的成本。CN101418404公开了一种用于高速挤压的变形镁合金,其组成成分的重量百分比分别为:Al5~7wt%、Zn2~3wt%、Mn7~9wt%、Li3~4wt%、Zr1~3%,其余为镁及不可避免杂质。该合金的挤压速度可以达到20m/min,抗拉强度248~275MPa,屈服强度142~178MPa,延伸率18~23.8%,该合金的力学性能偏低,并且合金中含有较多的贵重元素(Li3~4wt%、Zr1~3%),间接提高了合金的成本。ZL201510675184.6公开了一种可高速挤压的变形镁合金,该合金为Mg-Bi-Al-Zn-Mn镁合金,其组分的质量百分比为:Bi2~10wt%、Al0.5~5wt%、Zn0.1~2wt%、Mn0.1~1.0wt%,其余为镁,一方面合金的强度和塑性有待进一步提升,另一方面合金的阻燃性能有待进一步提升。因此,专利技术一种无稀土等贵重合金元素添加,且可高速挤压的低成本高性能镁合金具有重要的经济和社会意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的大部分变形镁合金难以高速挤压或可高速挤压的少量镁合金挤压速度和力学性能依然普遍不高的不足,提出一种可高速挤压的变形镁合金及其制备方法。该合金为一种新型的Mg-Bi-Sn-Al-Ca合金,合金中Bi元素和Sn元素含量比例(质量比)0.8-1.2:1;制备方法方面,在浇铸和热处理过程中,无需保护气体保护,在大气氛围下可以直接浇铸。本专利技术合金可用于进行挤压速度25m/min的高速挤压生产,提高生产效率同时降低生产成本,挤压终了产品晶粒均匀细小且基体中弥散有大量第二相,具有较好的综合力学性能,同时有较好的阻燃性能。本专利技术的技术方案是:一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金,该合金为Mg-Bi-Sn-Al-Ca镁合金,其组分的质量百分比为:Bi2-4wt%,Sn2-4wt%、1-3%Al,0.05-0.5%Ca,其余为镁;并且,合金中质量比Bi:Sn=0.8-1.2:1。所述的低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金的制备方法,包括以下步骤:1)将镁合金熔炼炉及坩埚清理,并加热至400~500℃预热1小时,将预热过的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中,升炉温至710~730℃,加热镁锭;2)待镁锭全部熔化后,加入按照目标产物配比的、预热过的纯Bi、纯Sn、纯Al和Mg-Ca中间合金,并将炉温提升10~30℃,保温,至合金熔化;3)待步骤2)中的原料全部熔化后搅拌2~5分钟,将炉温调至720~750℃,保温静置8~10分钟;4)撇去熔体表面浮渣,然后采用金属型铸造或半连续铸造制备出镁合金铸态坯料;从熔炼到浇注前的整个过程中通入CO2/SF6混合气体进行保护;浇铸过程无需气体保护;5)均匀化固溶处理:先在400~415℃保温16~36h,然后在440~460℃保温6~24h;在均匀化处理的加热和保温过程中无需气体保护;6)将步骤5)中固溶处理后铸锭切割成相应的坯料并去皮;7)将上步得到的坯料放入模具中进行挤压变形处理,挤压变形速度为0.1~25m/min,挤压比为10~50,挤压温度为270~450℃,变形坯料在30分钟之内加热到所需挤压温度;最后得到所述的可高速挤压的变形Mg-Bi-Sn-Al-Ca镁合金。所述的模具为用于成形棒、板、管、线或型材的模具。所述的Mg-Ca中间合金优选为Mg-20Ca中间合金。所述的CO2/SF6混合气体的组成为体积比CO2:SF6=100:1。上述超高强度新型镁合金的制备方法,所用的原材料和设备均通过公知的途径获得,所用的操作工艺是本
的技术人员所能掌握的。本专利技术的实质性特点为:本专利技术的镁合金的一个主要特点是以Bi和Sn为主要合金化元素,Bi和Sn分别能与合金中的镁原位生成高熔点Mg3Bi2相和Mg2Sn相,这两种第二相的高热稳定性可以与绝大多数镁-稀土相的热稳定性相媲美,而价格更为低廉,但Bi或Sn元素加入量较少时,难以产生有效的强化效果,单独加入量较多时,又容易导致Mg3Bi2相Mg2Sn相的过分长大,造成合金塑性的降低,难以高速挤压加工,但如果同时适量加入Bi或Sn元素,可以避免上述问题。同时通过Ca元素的微量引入可以细化变质第二相的形貌,使其细小圆润,弥散分布避免团聚,同时可以生成少量高熔点Mg2Bi2Ca相,在合金变形过程中以颗粒激发形核的方式促进动态再结晶,细化晶粒。此外,由于高速挤压时变形合金的温度会急剧上升,会导致再结晶晶粒长大粗化,从而降低力学性能,而本专利技术合金中微米级Mg2Bi2Ca相和挤压过程中动态析出的Mg3Bi2相Mg2Sn相熔点都较高,可以稳定存在,保证合金挤压过程中不发生熔化而导致材料开裂,由于能够稳定存在,可有效钉扎晶界的移动,而能够阻碍再结晶晶粒本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金,其特征为该合金为Mg‑Bi‑Sn‑Al‑Ca镁合金,其组分的质量百分比为:Bi 2‑4wt%, Sn 2‑4wt%、1‑3%Al,0.05‑0.5%Ca,其余为镁;并且,合金中质量比Bi:Sn=0.8‑1.2:1。

【技术特征摘要】
1.一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金,其特征为该合金为Mg-Bi-Sn-Al-Ca镁合金,其组分的质量百分比为:Bi2-4wt%,Sn2-4wt%、1-3%Al,0.05-0.5%Ca,其余为镁;并且,合金中质量比Bi:Sn=0.8-1.2:1。2.如权利要求1所述的低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金的制备方法,其特征为包括以下步骤:1)将镁合金熔炼炉及坩埚清理,并加热至400~500℃预热1小时,将预热过的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中,升炉温至710~730℃,加热镁锭;2)待镁锭全部熔化后,加入按照目标产物配比的、预热过的纯Bi、纯Sn、纯Al和Mg-Ca中间合金,并将炉温提升10~30℃,保温,至合金熔化;3)待步骤2)中的原料全部熔化后搅拌2~5分钟,将炉温调至720~750℃,保温静置8~10分钟;4)撇去熔体表面浮渣,然后采用金属型铸造或半连续铸造制备出镁合金铸态坯料;从熔炼到浇注前的整个过程中通入CO2/SF6混合气体进行保护;浇铸...

【专利技术属性】
技术研发人员:孟帅举余晖郭家美闻晶晶范少达李永胜赵维民
申请(专利权)人:河北工业大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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