本发明专利技术属于金属材料技术领域，涉及一种高强度镁‑锡‑锌‑锂‑钠合金的制备方法。该合金包含以重量百分比计的下列组分：3～9wt％的Sn，1～2wt％的Zn，0.5～1.5wt％的Li，0.5～1.5wt％的Na，余量为Mg以及杂质元素Si、Fe、Cu和Ni，并且杂质元素的总量小于0.02wt％。包括以下步骤：(1)配料；(2)熔炼；(3)热处理。有益效果：通过向镁‑锡合金中加入Zn元素，促进了时效过程中强化相的析出，提高了峰值时效硬度；加入Li和Na元素，利用锂和钠两种元素之间的协同作用，加快了时效硬化过程，提高了该高强度镁‑锡‑锌‑锂‑钠合金的性能，并降低了合金的密度。
A High Strength Magnesium-Tin-Zinc-Lithium-Sodium Alloy and Its Preparation Method
The invention belongs to the technical field of metal materials, and relates to a preparation method of high strength magnesium tin zinc lithium sodium alloy. The alloy consists of three to nine wt% Sn, one to two wt% Zn, 0.5 to 1.5wt% Li, 0.5 to 1.5wt% Na, the remaining Mg and impurity elements Si, Fe, Cu and Ni, and the total amount of impurity elements is less than 0.02wt%. It includes the following steps: (1) batching; (2) smelting; (3) heat treatment. Beneficial effect: By adding Zn element to Mg-Sn alloy, the precipitation of strengthening phase in aging process is promoted, and the peak aging hardness is increased. By adding Li and Na elements, the aging hardening process is accelerated by using the synergistic effect between Li and Na elements, the properties of the high strength Mg-Sn-Zn-Li-Na alloy are improved, and the density of the alloy is reduced.
【技术实现步骤摘要】
一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，涉及一种镁合金的制备方法，尤其涉及一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法。
技术介绍
镁(Mg)合金具有密度低、来源广泛、比强度和比刚度高等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、轨道交通、电子行业等对轻量化要求较高的领域具有广泛的应用前景。目前，限制镁合金应用的一大难题在于强度偏低，难以满足工程应用的要求。因此，开发新型高强度镁合金具有非常重要的应用价值。锡(Sn)元素是镁合金中常用的合金元素，镁锡合金中的主要强化相是Mg2Sn相，该相的熔点高达770.5℃，因此，镁锡合金被认为是一类有潜力的低成本高强度耐热镁合金材料。但由于Sn元素在镁合金基体中的扩散速率很慢，该合金在200℃下达到峰值时效的时间长达100小时左右，过长的时效时间对能耗、设备和生产效率等均产生不利影响。锌(Zn)元素是镁锡合金中常用的合金元素，Zn元素的加入能够促进热处理过程中Mg2Sn相的形核，提高时效硬化效果，但锌元素的加入并不能加快时效硬化过程。锂(Li)元素会与Mg元素形成置换固溶体。当少量Li元素固溶于镁合金中时，由于Li原子的原子半径较小，对第二相沉淀析出的阻力较小，能够显著加快时效硬化过程。钠(Na)元素同样会与Mg元素形成置换固溶体，少量Na元素固溶于镁合金中所起的作用于Li元素类似。当同时添加Li和Na两种元素时，由于两种元素同时固溶进入镁基体后，不稳定性高于单一元素固溶后的效果，在时效处理过程中更快析出，这种协同作用，使得其促进强化相析出的效果更加显著。因此，向镁-锡合金中加入一定量的Zn、Li和Na元素，能够促进时效过程中强化相的析出，缩短时效处理所需时间，获得一种新型高强度镁-锡-锌-锂-钠合金。与此同时，由于Li和Na的密度低，因此Li和Na的加入还能够进一步降低镁合金的密度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的时效时间过长，强度偏低及生产效率较低的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法。通过向镁-锡合金中加入一定量的Zn、Li和Na元素，促进了时效过程中强化相的析出，缩短了时效处理所需时间，提高了合金性能，并降低了合金密度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金，其中包含以重量百分比计的下列组分：3～9wt％的Sn，1～2wt％的Zn，0.5～1.5wt％的Li，0.5～1.5wt％的Na，余量为Mg以及杂质元素Si、Fe、Cu和Ni，并且杂质元素的总量小于0.02wt％。一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配料：按照配方量分别称取镁、锡、锌、锂和钠；(2)熔炼：将合金原料放入中频感应炉的坩埚中，抽真空后充入氩气作为保护气体；开启中频感应炉，待合金原料完全熔化后进行保温，随后浇入已预热完成的钢制模具中，待冷却后，得到合金锭；(3)热处理：将合金锭进行固溶处理，水淬后再进行时效处理，即可得到高强度镁-锡-锌-锂-钠合金。优选地，步骤(2)中所述的熔化温度为680～720℃，所述的保温时间为10min。优选地，步骤(2)中所述的预热温度为200℃。优选地，步骤(3)中所述固溶处理的温度为460～500℃，所述固溶处理的时间为8～24h。优选地，步骤(3)中所述时效处理的温度为200℃，所述时效处理的时间为10～24h。有益效果：(1)本专利技术通过向镁-锡合金中添加Zn元素，促进了时效过程中强化相的析出，提高了峰值时效硬度和合金性能；(2)本专利技术通过向镁-锡-锌合金中同时添加Li和Na元素，由于两种元素同时固溶进入镁基体后，不稳定性高于单一元素固溶后的效果，在时效处理过程中更快析出，这种协同作用，显著加快了时效硬化过程，缩短了达到峰值时效所需的时间；(3)本专利技术通过向镁-锡-锌合金中添加Li和Na元素，降低了合金的密度；(4)本专利技术的加工工艺操作简单、方便，易于工业化生产。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。除非另有说明，下列实施例中所使用的仪器、材料、试剂等均可通过常规商业手段获得。对比例1：高强度镁-锡-锌-锂合金的制备本实施例的高强度镁-锡-锌-锂合金包含以重量百分比计的下列组分：3wt％的Sn，1wt％的Zn，0.5wt％的Li，余量为Mg，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt％。该高强度镁-锡-锌-锂合金的制备方法如下：(1)配料：按照配方量分别称取纯Mg、Sn、Zn和Li；(2)熔炼：将合金原料放入中频感应炉的坩埚中，抽真空后充入氩气作为保护气体；开启中频感应炉，待合金原料完全熔化后，保温10min，随后浇入预热至200℃的钢制模具中，冷却后得到合金锭；(3)热处理：将合金锭于460℃进行固溶处理8h，水淬后于200℃进行时效处理16h，即可得到高强度镁-锡-锌-锂合金。经检测，该高强度镁-锡-锌-锂合金T6态的室温力学性能如下：维氏硬度63HV，屈服强度为112MPa，抗拉强度为165MPa，延伸率为16.4％。实施例1：高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备本实施例的高强度镁-锡-锌-锂-钠合金包含以重量百分比计的下列组分：3wt％的Sn，1wt％的Zn，0.5wt％的Li，0.5wt％的Na，余量为Mg，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt％。该高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法如下：(1)配料：按照配方量分别称取纯Mg、Sn、Zn、Li和Na；(2)熔炼：将合金原料放入中频感应炉的坩埚中，抽真空后充入氩气作为保护气体；开启中频感应炉，待合金原料完全熔化后，保温10min，随后浇入预热至200℃的钢制模具中，冷却后得到合金锭；(3)热处理：将合金锭于460℃进行固溶处理8h，水淬后于200℃进行时效处理16h，即可得到高强度镁-锡-锌-锂-钠合金。经检测，该高强度镁-锡-锌-锂-钠合金T6态的室温力学性能如下：维氏硬度75HV，屈服强度为135MPa，抗拉强度为189MPa，延伸率为11.2％。与对比例1相比，在相同热处理条件下，合金的维氏硬度、屈服强度和抗拉强度均有明显提高。实施例2：高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备本实施例的高强度镁-锡-锌-锂-钠合金包含以重量百分比计的下列组分：3wt％的Sn，1wt％的Zn，0.5wt％的Li，0.5wt％的Na，余量为Mg，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt％。该高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法如下：(1)配料：按照配方量分别称取纯Mg、Sn、Zn、Li和Na；(2)熔炼：将合金原料放入中频感应炉的坩埚中，抽真空后充入氩气作为保护气体；开启中频感应炉，待合金原料完全熔化后，保温10min，随后浇入预热至200℃的钢制模具中，冷却后得到合金锭；(3)热处理：将合金锭于460℃进行固溶处理8h，水淬后于200℃进行时效处理10h，即可得到高强度镁-锡-锌-锂-钠合金。经检测，该高强度镁-锡-锌-锂-钠合金T6态的室温力学性能如下：维氏硬度65HV，屈服强度为115MPa，抗拉强度为169MPa，延伸率为16.0％。在相对对比例1较短的时效处理时间内，实施例2制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强度镁‑锡‑锌‑锂‑钠合金，其中包含以重量百分比计的下列组分：3～9wt％的Sn，1～2wt％的Zn，0.5～1.5wt％的Li，0.5～1.5wt％的Na，余量为Mg以及杂质元素Si、Fe、Cu和Ni，并且杂质元素的总量小于0.02wt％。
【技术特征摘要】
1.一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金，其中包含以重量百分比计的下列组分：3～9wt％的Sn，1～2wt％的Zn，0.5～1.5wt％的Li，0.5～1.5wt％的Na，余量为Mg以及杂质元素Si、Fe、Cu和Ni，并且杂质元素的总量小于0.02wt％。2.根据权利要求1所述的一种高强度镁-锡-锌-锂-钠合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配料：按照配方量分别称取镁、锡、锌、锂和钠；(2)熔炼：将合金原料放入中频感应炉的坩埚中，抽真空后充入氩气作为保护气体；开启中频感应炉，待合金原料完全熔化后进行保温，随后浇入已预热完成的钢制模具中，待冷却后，得到合金锭；(3)热处理：将合金锭进行固溶处理，水淬后再进行时效处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙顺平，张扬，陈晓阳，卢雅琳，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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