一种高强韧单相铸造镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧单相铸造镁合金及其制备方法，属于镁合金领域。所述高强韧单相铸造镁合金包含以下质量百分比的化学成分：Sc：15~25%，Zr：0.2~0.6%，余量为镁和不可避免的杂质。所述高强韧单相铸造镁合金的制备方法包括如下步骤：（1）按照合金配比，在真空感应炉中将合金材料熔炼并浇铸到金属模具中获得铸件；（2）将所述铸件放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中升温至500~520℃后进行保温处理，保温时间3~5h；其中，升温速率为1~2℃/min；（3）保温完成后取出所述坩埚立刻在水中淬火，完成热处理。本发明专利技术制备的镁合金，由于钪元素的加入且钪元素固溶到镁基体中，使得该镁合金的轴比较纯镁的轴比低，具有良好的综合力学性能。

A High Strength and Toughness Single Phase Cast Magnesium Alloy and Its Preparation Method

The invention discloses a high strength and toughness single-phase cast magnesium alloy and a preparation method thereof, which belongs to the field of magnesium alloys. The high strength and toughness single-phase cast magnesium alloy contains the following chemical constituents: Sc: 15-25%, Zr: 0.2-0.6%, the remaining amount is magnesium and inevitable impurities. The preparation method of the high strength and toughness single-phase casting magnesium alloy includes the following steps: (1) according to the alloy ratio, the alloy material is melted and cast into the metal mould in the vacuum induction furnace to obtain the casting; (2) the casting is put into the crucible, and then the crucible is put into the muffle furnace to heat preservation treatment after heating up to 500-520 degrees C for 3-5 hours, in which the heating rate is 1-2 degrees C/mi; N; (3) After the heat preservation is completed, the crucible is immediately quenched in water and the heat treatment is completed. The magnesium alloy prepared by the present invention has lower axis ratio than pure magnesium because of the addition of scandium element and the solid solution of scandium element into the magnesium matrix, and has good comprehensive mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧单相铸造镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金领域，具体涉及一种高强韧单相铸造镁合金及其制备方法。
技术介绍
作为目前密度最小的结构材料，镁合金具有比强度和比刚度高、散热减震性好、原料丰富及可回收利用等优点，十分具有发展潜力。镁基体的晶体结构为密排六方结构，不存在相变，其轴比(c/a)为1.623，非常接近理想轴比，这使得镁合金在室温变形过程中基面滑移的临界剪切应力远低于其他滑移系，因此，基面滑移容易启动且基面滑移无法协调c轴方向的变形。镁的晶体学特征使其室温下变形时，绝对强度偏低，同时容易形成很强的基面织构，造成镁合金的延伸率低且不易变形，严重制约了镁合金的应用。目前，镁合金的强韧化方式主要包括：固溶强化、细晶强化、析出强化和形变强化。固溶强化利用固溶原子与基体间的弹性作用来提高合金强度，其强化效果受制于固溶原子的比例。通过加入晶粒细化剂可以实现细晶强化。析出强化是目前强化效果最明显的方式，尤其是镁-稀土合金中沿基体柱面的析出相，强化效果明显，但是析出强化的同时会严重降低合金的延伸率。形变强化可以通过塑性变形细化晶粒，同时变形过程中可以调控织构，降低基面织构的强度，但无法从根本上改变镁合金的基面织构特征。因此，镁合金的强韧化方式有待进一步探索。降低镁合金的轴比可以提高基面滑移阻力，有利于合金强度的提高。同时，降低镁合金的轴比可以降低基面滑移阻力和非基面滑移阻力的差值，有利于启动非基面滑移，从而提高合金的延伸率和成型性。轴比的降低可以改善镁合金的综合力学性能，以促进其应用。因此，如何设计一种轴比低且强度和延伸率高的镁合金，是本领域技术人员研究的方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于解决镁合金的绝对强度低、塑性差、变形困难的问题，提供一种高强韧单相铸造镁合金。进一步，本专利技术还提供所述高强韧单相铸造镁合金的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种高强韧单相铸造镁合金，包含以下质量百分比的化学成分：Sc：15~25%，Zr：0.2~0.6%，余量为镁和不可避免的杂质。本专利技术由于钪元素的加入且钪元素固溶到镁基体中，使得该镁合金的轴比较纯镁的轴比低。本专利技术还提供所述高强韧单相铸造镁合金的制备方法，包括如下步骤：（1）按照上述配比备料，在真空感应炉中将合金材料熔炼并浇铸到金属模具中获得铸件；（2）将所述铸件放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中升温至500~520℃后进行保温处理，保温时间3~5h；其中，升温速率为1~2℃/min；（3）保温完成后取出所述坩埚立刻在水中淬火，完成热处理。进一步，所述步骤（1）中，所述合金材料为Mg-30Sc中间合金和Mg-30Zr中间合金。进一步，所述步骤（1）中，将合金材料熔化后，精炼2~4min，再在真空感应炉内静置60~90S后浇铸。进一步，所述步骤（2）中，所述铸件放入坩埚中的方式为将铸件用石墨包埋后放入坩埚中。进一步，所述熔炼过程中采用逆变电源，逐步加功率至10KW，然后每2~3min加5KW，直到功率到达40KW。相比现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术由于钪元素的加入且钪元素固溶到镁基体中，使得该镁合金的轴比较纯镁的轴比低，从而提高了基面滑移阻力，而基面滑移阻力的提高，能够降低基面滑移阻力和非基面滑移阻力的差值，有利于启动非基面滑移，从而使得镁合金的延伸率和成型性较好。添加的Zr元素能够细化晶粒，也有利于合金强度的提高。因此，本专利技术高强韧单相铸造镁合金具有良好的综合力学性能。2、本专利技术高强韧单相铸造镁合金工艺独特，并采用制备镁合金的常规设备即可铸造成型，试验参数易于控制，便于在工业中实现。更重要的是，结合独特的配比和工艺方法，本专利技术制备的镁合金的轴比(c/a)在1.612~1.617之间，比纯镁的轴比(c/a=1.623)低。其抗拉强度为251~270MPa，拉伸屈服强度为220~232MPa，拉伸延伸率可达22~28%，抗压强度为495~512MPa，压缩屈服强度为218~237MPa，压缩延伸率可达26~32%。因此，本专利技术镁合金具有塑性好、强度高的特点。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的高强韧单相铸造镁合金的力学性能曲线。图2为本专利技术实施例1制备的高强韧单相铸造镁合金热处理前的金相组织图。图3为本专利技术实施例1制备的高强韧单相铸造镁合金热处理后的金相组织图。图4为本专利技术实施例1制备的高强韧单相铸造镁合金的X射线衍射图。图5为单相铸造镁-稀土合金的力学性能对比图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。一、铸造镁合金的制备实施例1：按组成Mg-25%Sc-0.6%Zr(质量分数)进行配料，表面打磨干净后加入真空感应炉中，启动逆变电源，逐步加功率至10KW，然后每2~3min加5KW，直到40KW左右。当坩埚内炉料熔化后，精炼2~4min。合金在炉内静置60~90S后浇注。铸锭在模内冷却后，即开炉取出。将制备的镁合金用石墨包埋在不锈钢坩埚中，把坩埚放入马弗炉中，从室温升温到500℃，升温速率为1℃/min，达到设定温度500℃后进行保温处理，保温时间5h，保温完成后关闭电源，取出坩埚即刻在水中淬火，完成热处理。热处理完成后在室温下对合金进行力学性能测试，测得合金性能参见表1和图1。表1实施例1制备的高强韧单相铸造镁合金的力学性能参见图2和图3，本实施例制得的高强韧单相铸造镁合金在热处理前，较亮部分为MgSc相，晶粒呈细长状态，均匀分布在较暗的镁基体中。经过热处理后，Sc元素和Zr元素固溶于镁基体中。将本实施例制得的高强韧单相铸造镁合金进行X射线衍射，结果如图4所示，图中下方为镁的标准图谱。从图中可知，高强韧单相铸造镁合金的X射线衍射图的衍射峰与镁的标准图谱的衍射峰一致，说明经过热处理后，Sc元素和Zr元素完全固溶于镁基体中，形成了单相镁合金。利用XRD测试合金的晶格参数，结果为a=3.23467nm，c=5.21469nm，轴比c/a=1.612。说明固溶态的Sc元素有利于降低镁合金的轴比。实施例2：按组成Mg-20%Sc-0.4%Zr(质量分数)进行配料，表面打磨干净后加入真空感应炉中，启动逆变电源，逐步加功率至10KW，然后每2~3min加5KW，直到40KW左右。当坩埚内炉料熔化后，精炼2~4min。合金在炉内静置60~90S后浇注。铸锭在模内冷却后，即开炉取出。将制备的镁合金用石墨包埋在不锈钢坩埚中，把坩埚放入马弗炉中，从室温升温到510℃，升温速率为1℃/min，达到设定温度510℃后进行保温处理，保温时间4h，保温完成后关闭电源，取出坩埚即刻在水中淬火，完成热处理。热处理完成后在室温下对合金进行力学性能测试，测得合金性能如表2所示。表2实施例2制备的高强韧单相铸造镁合金的力学性能利用XRD测试合金的晶格参数，结果为a=3.23006nm，c=5.21332nm，轴比c/a=1.614。实施例3：按组成Mg-15%Sc-0.2%Zr(质量分数)进行配料，表面打磨干净后加入真空感应炉中，启动逆变电源，逐步加功率至10KW，然后每2~3min加5KW，直到40KW左右。当坩埚内炉料熔化后，精炼2~4min。合金在炉内静置60~90S后浇注。铸锭在模内冷却后，即开炉取出。将制备的镁合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧单相铸造镁合金，其特征在于，包含以下质量百分比的化学成分：Sc：15~25%，Zr：0.2~0.6%，余量为镁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧单相铸造镁合金，其特征在于，包含以下质量百分比的化学成分：Sc：15~25%，Zr：0.2~0.6%，余量为镁和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述高强韧单相铸造镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按照上述配比备料，在真空感应炉中将合金材料熔炼并浇铸到金属模具中获得铸件；（2）将所述铸件放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中升温至500~520℃后进行保温处理，保温时间3~5h；其中，升温速率为1~2℃/min；（3）保温完成后取出所述坩埚立刻在水中淬火，完成热处理。3.根据权利要求2所述的高强韧单相铸造镁合金的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧旺，伍太宾，姜中涛，姜山，邓莹，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50