一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法，是针对镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差的情况，以镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金为原料，经真空熔炼炉熔炼、浇铸成锭、多向锻压、固溶处理、低速挤压，制成高强度微合金化镁合金锭，增强了镁合金锭的金相组织的致密性和力学性能，使金相组织更加细化，镁合金晶粒尺寸≤0.98μm，屈服强度达327Mpa，抗拉强度达372Mpa，延伸率达7.7％，产物纯度达99.5％，是十分先进的制备高强度微合金化镁合金锭的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法
本专利技术涉及一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法，属有色金属合金增强制备及应用的

技术介绍
镁及镁合金是最轻的有色金属结构材料，可在机械、电子、航空、医学、日用工业中应用，具有高的比强度、比模量，具有优良的加工性能；但是，镁及镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差、耐磨损性能差、膨胀系数高、耐高温性能差，使镁及镁合金的应用受到了很大的局限；故必须对镁及镁合金的力学性能进行改进，才能扩展镁及镁合金的应用范围。镁及镁合金的增强增韧方法有多种形式，例如掺杂金属法、轧制法、等通道挤压法，但这些方法仍存在技术上的不足，很难达到高精尖产品的使用要求。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的不足，采用镁、锌、钙、镁钕中间合金、镁钆中间合金为原料，经熔炼铸造成锭、多向锻压、固溶、低速挤压，制成高强度细微化镁合金锭，以增强镁合金的金相组织力学性能，扩展镁合金的使用范围。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：镁、锌、钙、镁钕中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、二氧化碳，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位镁：Mg，1000g±0.01g锌：Zn，32.40g±0.01g钙：Ca，5.40g±0.01g镁钆中间合金：Mg47Gd3，28.80g±0.01g镁钕中间合金：Mg9Nd，13.5g±0.01g无水乙醇：C2H5OH，5000mL±10mL二氧化碳：CO2，300000cm3±100cm3制备方法如下：(1)精选化学物质材料制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：镁：固态块体99.9％锌：固态固体99.9％钙：固态固体99.9％镁钆中间合金：固态固体99.9％镁钕中间合金：固态固体99.9％无水乙醇：液态液体99.7％二氧化碳：气态气体99.7％(2)热处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金将镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金置于真空干燥箱中，进行预热干燥处理，干燥温度105℃，真空度10Pa，干燥时间90min；(3)熔炼、铸制镁合金锭镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热熔炼、超声波搅拌器搅拌，二氧化碳气体保护下完成的；①预制不锈钢模具铸制镁合金锭的开合式模具是用不锈钢材料制造的，模具型腔为矩形，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②清理熔炼坩埚熔炼使用的坩埚要用金属铲、金属刷进行清理，然后用无水乙醇进行清洗，使坩埚内洁净；③将镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金按准备用量加入熔炼坩埚内；④将超声波搅拌器垂直置于熔炼坩埚内，并固定；⑤关闭真空熔炼炉，并密闭；⑥开启真空泵，抽取真空熔炼炉内空气，使炉内压强达8Pa；⑦开启二氧化碳气体瓶，向真空熔炼炉内输入二氧化碳气体，二氧化碳输入速度200cm3/min，使炉内压强恒定在0.1Mpa；⑧开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的化学物质，加热温度720℃±2℃，加热熔炼时间40min；同时开启超声波搅拌器，搅拌熔炼坩埚内的合金熔液，超声波搅拌器频率30KHz；熔炼后成合金熔液；化学物质在加热、熔炼、超声波搅拌、二氧化碳气体保护下将发生合金化反应，反应方程式如下：Mg98.3Zn1.2Ca0.3Gd0.1Nd0.1：镁锌钙钆钕合金熔炼后，合金化熔液静置10min；⑨浇铸将预制好的不锈钢模具进行预热，预热温度400℃，预热时间60min；将合金化熔液对准不锈钢模具浇口进行浇铸，浇满为止；浇铸后将不锈钢模具静止冷却至25℃；⑩开模打开开合式模具，取出铸锭，铸锭尺寸为30mm×30mm×60mm；(4)多向锻压变形①制备锻模锻模用工具钢制作，锻模型腔为通槽式，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，锻模型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②将铸锭置于钢质平板上，用机械修整铸锭周边及正反表面，使各面平整；③将修整后的铸锭置于预热炉中进行预热，预热温度350℃；④将预热后的铸锭装入锻模中；⑤将装有铸锭的锻模置于锻压机工作台上，开启锻压机上部的锻锤，对准锻模内的铸锭进行锻压，锻锤冲程频率10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将锻模内的铸锭进行翻转，继续进行锻压，锻锤冲程频率为10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将铸锭按上下、左右翻转锻压，重复进行5次；⑥锻压后脱膜，成镁合金锭；(5)固溶处理镁合金锭的固溶处理是在热处理炉中进行的，是在阶梯加热过程中完成的；①将镁合金锭置于热处理炉中进行加热固溶，加热温度350℃，加热时间20h；②将热处理炉中的加热温度升至520℃，继续加热固溶3h；③加热固溶后停止加热，使镁合金锭随炉冷却至25℃；(6)低速挤压镁合金锭的低速挤压是在立式挤压机上进行的，是在低温加热、挤压模具内、低速施压过程中完成的；①制备挤压模具挤压模具用工具钢材料制作，模具型腔为矩形体，成30mm×30mm×60mm；型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②预热镁合金锭，预热温度300℃；③将挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，在挤压模具内置放挤压垫块，在挤压垫块上部置放镁合金锭，在镁合金锭上部置放上压块，上压块上部由挤压机的上压头垂直挤压；低温加热温度300℃，挤压压强600Mpa，低速挤压速度6mm/min；挤压后为高强度微合金化镁合金锭；(7)冷却低速挤压后将镁合金锭置于真空冷却炉中，在二氧化碳气体保护下冷却至25℃；(8)清理、清洁将冷却后的镁合金锭置于钢质平板上，用砂纸打磨镁合金锭周边及正反表面；然后用无水乙醇清洗，使镁合金锭周边及正反表面洁净；(9)检测、分析、表征对制备的高强度微合金化镁合金锭的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；用扫描电子显微镜进行显微组织形貌分析；用X射线衍射仪进行物相分析；结论：高强度微合金化镁合金锭为银灰色块状，镁合金锭晶粒尺寸≤0.98μm，屈服强度达327Mpa，抗拉强度达372Mpa，延伸率为7.7％，产物纯度达99.5％；(10)产物储存对制备的高强度微合金化镁合金锭用软质材料包装，储存阴凉洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对温度≤10％。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差的情况，以镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金为原料，经真空熔炼炉熔炼、浇铸成锭、多向锻压、固溶、低速挤压，制成高强度微合金化镁合金锭，增强了镁合金锭金相组织的力学性能，使金相组织更加细微化，镁合金锭晶粒尺寸≤0.98μm，屈服强度达327Mpa，抗拉强度达372Mpa，延伸率为7.7％，产物纯度达99.5％，是十分先进的制备高强度微合金化镁合金锭的制备方法。附图说明图1为高强度微合金化镁合金熔炼状态图图2为高强度微合金化镁合金锭低速挤压状态图图3为高强度微合金化镁合金锭横切面金相组织形貌图图4为高强度微合金化镁合金锭衍射强度图谱图中所示，附图标记清单如下：1、真空熔炼炉，2、炉座，3、炉盖，4、炉台座，5、熔炼坩埚，6、中频感应加热器，7、合金熔液，8、第一显示屏，9、第一指示灯，10、第一电源开关，11、中频感应加热控制器，12、真空泵，13、真空阀，14、真空管，15、二氧化碳气体瓶，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、钙、镁钕中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、二氧化碳。其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位。镁：Mg，1000g±0.01g锌：Zn，32.40g±0.01g钙：Ca，5.40g±0.01g镁钆中间合金：Mg47Gd3，28.80g±0.01g镁钕中间合金：Mg9Nd，13.5g±0.01g无水乙醇：C2H5OH，5000mL±10mL二氧化碳：CO2，300000cm3±100cm3制备方法如下：(1)精选化学物质材料制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：镁：固态块体 99.9％锌：固态固体 99.9％钙：固态固体 99.9％镁钆中间合金：固态固体 99.9％镁钕中间合金：固态固体 99.9％无水乙醇：液态液体 99.7％二氧化碳：气态气体 99.7％(2)热处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金将镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金置于真空干燥箱中，进行预热干燥处理，干燥温度105℃，真空度10Pa，干燥时间90min；(3)熔炼、铸制镁合金锭镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热熔炼、超声波搅拌器搅拌、二氧化碳气体保护下完成的；①预制不锈钢模具铸制镁合金锭的开合式模具是用不锈钢材料制造的，模具型腔为矩形，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度Ra0.08‑0.16μm；②清理熔炼坩埚熔炼使用的坩埚要用金属铲、金属刷进行清理，然后用无水乙醇进行清洗，使坩埚内洁净；③将镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金按准备用量加入熔炼坩埚内；④将超声波搅拌器垂直置于熔炼坩埚内，并固定；⑤关闭真空熔炼炉，并密闭；⑥开启真空泵，抽取真空熔炼炉内空气，使炉内压强达8Pa；⑦开启二氧化碳气体瓶，向真空熔炼炉内输入二氧化碳气体，二氧化碳输入速度200cm3/min，使炉内压强恒定在0.1Mpa；⑧开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的化学物质，加热温度720℃±2℃，加热熔炼时间40min；同时开启超声波搅拌器，搅拌熔炼坩埚内的合金熔液，超声波搅拌器频率30KHz；熔炼后成合金熔液；化学物质在加热、熔炼、超声波搅拌、二氧化碳气体保护下将发生合金化反应，反应方程式如下：Mg98.3Zn1.2Ca0.3Gd0.1Nd0.1：镁锌钙钆钕合金熔炼后，合金化熔液静置10min；⑨浇铸将预制好的不锈钢模具进行预热，预热温度400℃，预热时间60min；将合金化熔液对准不锈钢模具浇口进行浇铸，浇满为止；浇铸后将不锈钢模具静止冷却至25℃；⑩开模打开开合式模具，取出铸锭，铸锭尺寸为30mm×30mm×60mm；(4)多向锻压变形①制备锻模锻模用工具钢制作，锻模型腔为通槽式，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，锻模型腔表面粗糙度Ra0.08‑0.16μm；②将铸锭置于钢质平板上，用机械修整铸锭周边及正反表面，使各面平整；③将休整后的铸锭置于预热炉中进行预热，预热温度350℃；④将预热后的铸锭装入锻模中；⑤将装有铸锭的锻模置于锻压机工作台上，开启锻压机上部的锻锤，对准锻模内的铸锭进行锻压，锻锤冲程频率10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将锻模内的铸锭进行翻转，继续进行锻压，锻锤冲程频率为10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将铸锭按上下、左右翻转锻压，重复进行5次；⑥锻压后脱膜，成镁合金锭；(5)固溶处理镁合金锭的固溶处理是在热处理炉中进行的，是在阶梯加热过程中完成的；①将镁合金锭置于热处理炉中进行加热固溶，加热温度350℃，加热时间20h；②将热处理炉中的加热温度升至520℃，继续加热固溶3h；③加热固溶后停止加热，使镁合金锭随炉冷却至25℃；(6)低速挤压镁合金锭的低速挤压是在立式挤压机上进行的，是在低温加热、挤压模具内、低速施压过程中完成的；①制备挤压模具挤压模具用工具钢材料制作，模具型腔为矩形体，成30mm×30mm×60mm；型腔表面粗糙度Ra0.08‑0.16μm；②预热镁合金锭，预热温度300℃；③将挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，在挤压模具内置放挤压垫块，在挤压垫块上部置放镁合金锭，在镁合金锭上部置放上压块，上压块上部由挤压机的上压头垂直挤压；低温加热温度300℃，挤压压强600Mpa，低速挤压速度6mm/min；挤压后为高强度微合金化镁合金锭；(7)冷却低速挤压后将镁合金锭置于真空冷却炉中，在二氧化碳气体保护下冷却至25℃；(8)清理、清洁将冷却后的镁合金锭置于钢质平板上，用砂纸打磨镁合金锭周边及正反表面；然后用无水乙醇清洗，使镁合金锭周边及正反表面洁净；(9)检测、分析、表征对制备的高强度微合金化镁合金锭的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；用扫描电子显微镜...

【技术特征摘要】
1.一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、钙、镁钕中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、二氧化碳，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位，镁：Mg，1000g±0.01g锌：Zn，32.40g±0.01g钙：Ca，5.40g±0.01g镁钆中间合金：Mg47Gd3，28.80g±0.01g镁钕中间合金：Mg9Nd，13.5g±0.01g无水乙醇：C2H5OH，5000mL±10mL二氧化碳：CO2，300000cm3±100cm3制备方法如下：(1)精选化学物质材料制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：镁：固态块体99.9％锌：固态固体99.9％钙：固态固体99.9％镁钆中间合金：固态固体99.9％镁钕中间合金：固态固体99.9％无水乙醇：液态液体99.7％二氧化碳：气态气体99.7％(2)热处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金将镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金置于真空干燥箱中，进行预热干燥处理，干燥温度105℃，真空度10Pa，干燥时间90min；(3)熔炼、铸制镁合金锭镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热熔炼、超声波搅拌器搅拌、二氧化碳气体保护下完成的；①预制不锈钢模具铸制镁合金锭的开合式模具是用不锈钢材料制造的，模具型腔为矩形，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②清理熔炼坩埚熔炼使用的坩埚要用金属铲、金属刷进行清理，然后用无水乙醇进行清洗，使坩埚内洁净；③将镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金按准备用量加入熔炼坩埚内；④将超声波搅拌器垂直置于熔炼坩埚内，并固定；⑤关闭真空熔炼炉，并密闭；⑥开启真空泵，抽取真空熔炼炉内空气，使炉内压强达8Pa；⑦开启二氧化碳气体瓶，向真空熔炼炉内输入二氧化碳气体，二氧化碳输入速度200cm3/min，使炉内压强恒定在0.1Mpa；⑧开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的化学物质，加热温度720℃±2℃，加热熔炼时间40min；同时开启超声波搅拌器，搅拌熔炼坩埚内的合金熔液，超声波搅拌器频率30KHz；熔炼后成合金熔液；化学物质在加热、熔炼、超声波搅拌、二氧化碳气体保护下将发生合金化反应，反应方程式如下：Mg98.3Zn1.2Ca0.3Gd0.1Nd0.1：镁锌钙钆钕合金熔炼后，合金化熔液静置10min；⑨浇铸将预制好的不锈钢模具进行预热，预热温度400℃，预热时间60min；将合金化熔液对准不锈钢模具浇口进行浇铸，浇满为止；浇铸后将不锈钢模具静止冷却至25℃；⑩开模打开开合式模具，取出铸锭，铸锭尺寸为30mm×30mm×60mm；(4)多向锻压变形①制备锻模锻模用工具钢制作，锻模型腔为通槽式，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，锻模型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②将铸锭置于钢质平板上，用机械修整铸锭周边及正反表面，使各面平整；③将休整后的铸锭置于预热炉中进行预热，预热温度350℃；④将预热后的铸锭装入锻模中；⑤将装有铸锭的锻模置于锻压机工作台上，开启锻压机上部的锻锤，对准锻模内的铸锭进行锻压，锻锤冲程频率10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将锻模内的铸锭进行翻转，继续进行锻压，锻锤冲程频率为10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；将铸锭按上下、左右翻转锻压，重复进行5次；⑥锻压后脱膜，成镁合金锭；(5)固溶处理镁合金锭的固溶处理是在热处理炉中进行的，是在阶梯加热过程中完成的；①将镁合金锭置于热处理炉中进行加热固溶，加热温度350℃，加热时间20h；②将热处理炉中的加热温度升至520℃，继续加热固溶3h；③加热固溶后停止加热，使镁合金锭随炉冷却至25℃；(6)低速挤压镁合金锭的低速挤压是在立式挤压机上进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓坤坤，康金文，李伟建，王翠菊，梁伟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14