一種新型高強度鎂合金的制作方法

一種新型高強度鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發明涉及金屬合金材料【技術領域】，具體涉及一種新型高強度鎂合金。其組成重量百分比為：鎢鈦合金為5%~35%，鎂鋁合金為65%~95%。鎢鈦合金的加入，改善了鎂鋁合金的固溶和時效行為，改善其組織和性能。其抗拉強度和屈服強度分別為(486^378)MPa和(400~320)MPa,相比鎂鋁合金的320MPa和269MPa,分別提高了52%~18%和48%~18%。
【專利說明】一種新型高強度鎂合金

【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬合金材料【技術領域】，具體涉及一種新型高強度鎂合金。

【背景技術】
[0002] 鎂合金因其高的比強度、比剛度而被公認為是對性能及能耗要求高的行業的優秀 備選材料，如航天航空及交通運輸業。但由于鎂合金密排六方的晶體結構，使得目前鎂合金 的機械性能和塑性加工能力仍難以滿足一些汽車零部件及其它方面應用的需求。為改善鎂 合金的性能，合金化對提高鑄造鎂合金和變形鎂合金的機械性能都是行之有效的方法，鑄 件中微觀組織的合金化能使溶質元素分布更加均勻，第二相更加細小，合金化還可以提高 合金的擠壓性能、乳制性能、抗熱裂性能和表面光潔度等，并能降低變形鎂合金加工件的生 產成本。采用新的增強元素和特殊的材料復合制備工藝進一步提高鎂合金的強度時鎂合金 材料發展的趨勢。
[0003] Mg-Al系合金是應用最早、也是迄今為止牌號最多、應用最為廣泛的一類鎂合金， 但這類鎂合金結晶凝固溫度范圍較寬，晶粒有粗化的傾向，凝固過程中粗大的β _Mgl7A112 相以離異共晶的方式沿晶界呈網狀析出；合金元素 Al是有效的固溶強化元素，且能改善合 金的禱造性能。由于Al在Mg中的最大溶解度是在437°C時的W(A1)=12. 7%。溫度降至室 溫時Al的溶解度只有大約W (Al) =2%0隨著溫度降低，Mg-Al化合物；β -Mg18Al19從a -Mg 固溶體中析出。含Al較多的鎂合金如AZ91、AM100等，盡管合金中Al的含量小于其溶解 度極限（12. 7%)，晶界上仍存在一些（a -Mg+ β -Mg18Al19共晶組織。導致合金的力學性能變 差，極大地限制了 Mg-Al系合金作為結構件在汽車、飛機等領域的應用。
[0004] 鎢鈦合金是近期研究開發的熱點材料，它具有穩定的熱機械性能，不僅適合在大 電流和高溫環境下使用，而且還具有電子遷移率低、抗腐蝕性能高、化學穩定性好等特點。 鎢鈦合金本身具有較強的載荷承受能力，高溫條件下不與金屬鎂反應，二者之間可以很好 的結合成鍵，又可以避免嚴重的界面反應。對于合金化增強鎂的強度，鎢鈦合金是一種很好 的增強材料。最常用的提高鎂合金力學性能的方法是合金化。將鎢鈦合金和Mg-Al系合金 復合可以得到一種新型高強度鎂合金，該鎂合金以鎢鈦合金為主要增強、增硬材料，材料的 硬度和拉伸強度明顯大于未改性的鎂鋁系合金。有關鎢鈦鎂鋁合金制備的研究未見國內外 報道。


【發明內容】

[0005] 針對上述技術缺陷，本發明提供一種新型高強度鎂合金及其制備方法，本發明制 備的鎂合金克服了現有鎂鋁系合金性能差的缺陷，提高一種具有良好的結晶形態，超強的 硬度的一種新型改性鎂鋁合金塊狀材料。
[0006] 本發明所述的技術方案是通過以下措施來實現的： 一種新型高強度鎂合金，其組成重量百分比為：鎢鈦合金為59Γ35%，鎂鋁合金為 659Γ95%。
[0007] 所述的其組成重量百分比為=W68Ti32為109Γ30%，鎂鋁合金為709Γ90%。
[0008] 所述的其組成重量百分比為=W68Ti32為25%，鎂鋁合金為75%。
[0009] 所述的其組成重量百分比為=W68Ti32為28%，鎂鋁合金為72%。
[0010] 所述的鎢鈦合金為 W68Ti32、W82Ti18、W98Ti 2、W42Ti58J18Ti72 中的一種。
[0011] 所述的鎂合金為 Mg-4%A1、Mg-8%A1、Mgl2%Al、Mg-16%A1、Mg-20%A1 中的一種。
[0012] 制備高強度鎂合金的方法，包括步驟如下： (1) 預熱：將鎢鈦合金、鎂鋁合金在干燥箱中烘干預熱至200°C ; (2) 溶煉：預熱的鎂鋁合金放入坩鍋中加熱至680°C溶化，同時通入保護性氣體SF6與 CO2，氣體流量CO2 :4-6L/min，SF6 :0. 04-0. 07L/min，當溶煉爐內的溫度接近750°C時，再加 入鎢鈦合金，將溫度升高到780°C后，進行第一次保溫，保溫時間為15min，然后進行第一次 攬拌，攪拌時間2min ;繼續升溫至800°C進行第二次保溫，保溫時間為25min，然后進行第二 次攪拌，攪拌時間約為2min ;再靜置20min ; (3) 澆注：當溫度降低到700°C時開始進行繞入，模具溫度為220°C，繞注成圓鑄淀在空 氣中自然冷卻。
[0013] 本發明高強度鎂合金的有益效果在于： (1)鎢鈦合金的加入，改善了鎂鋁合金的固溶和時效行為，改善其組織和性能。其抗 拉強度和屈服強度分別為（486?378) MPa和（40(T320) MPa，相比鎂鋁合金的320MPa和 269MPa，分別提高了 52%?18%和48%?18%。
[0014] (2)鎢鈦合金加入到鎂鋁合金中形成了新相Al12W,細化了晶粒，改變了第二相 β -Mg18Al19的形貌。而晶粒細化對提高鑄造鎂合金和變形鎂合金的機械性能都是行之有效 的方法，鑄件中微觀組織的細化能使溶質元素分布更加均勻，第二相更加細小。晶粒細化還 可以提高合金的擠壓性能、乳制性能、抗熱裂性能和表面光潔度等，并能降低變形鎂合金加 工件的生產成本。
[0015] (3)在晶界上富集的Al12W相在時效過程中阻礙了原子的擴散及β -Mg18Al19在晶 界的析出，使時效析出過程變慢，抑制了合金的再結晶過程，從而提高了鎂鋁合金的強度和 硬度。

【具體實施方式】
[0016] 本發明所用的干燥箱為101-3型干燥箱，熔煉爐為SG-9-10型電阻坩鍋爐，不銹鋼 坩鍋尺寸為Φ 147x250mm，澆注模具尺寸為Φ63χ135πιπι。
[0017] 實施例1 (1) 預熱：將5gW68Ti32、95gMg-4%Al合金在干燥箱中烘干預熱至200°C ; (2) 溶煉：預熱的95gMg-4%Al合金放入坩鍋中加熱至680°C溶化，同時通入保護性氣體 SF6與CO2，氣體流量CO2 :4L/min，SF6 :0. 04L/min，當溶煉爐內的溫度接近750°C時，再加入 5gW68Ti32，將溫度升高到780°C后，進行第一次保溫，保溫時間為15min，然后進行第一次攬 拌，攪拌時間2min ;繼續升溫至800°C進行第二次保溫，保溫時間為25min，然后進行第二次 攪拌，攪拌時間約為2min ;再靜置20min ; (3) 澆注：當溫度降低到700°C時開始進行繞入，模具溫度為220°C，繞注成圓鑄淀在空 氣中自然冷卻。鑄淀的抗拉強度和屈服強度分別為486MPa和400MPa。
[0018] 實施例2 (1) 預熱：將35gW68Ti32、65gMg-4%Al合金在干燥箱中烘干預熱至200°C ; (2) 溶煉：預熱的65gMg-4%Al合金放入坩鍋中加熱至680°C溶化，同時通入保護性氣體 SF6與CO2，氣體流量CO2 :4L/min，SF6 :0. 04L/min，當溶煉爐內的溫度接近750°C時，再加入 35gW68Ti32，將溫度升高到780°C后，進行第一次保溫，保溫時間為15min，然后進行第一次攬 拌，攪拌時間2min ;繼續升溫至800°C進行第二次保溫，保溫時間為25min，然后進行第二次 攪拌，攪拌時間約為2min ;再靜置20min ; (3) 澆注：當溫度降低到700°C時開始進行繞入，模具溫度為220°C，繞注成圓鑄淀在空 氣中自然冷卻。鑄淀的抗拉強度和屈服強度分別為378MPa和320MPa。
[0019] 實施例3 (1) 預熱：將10gW68Ti32、90gMg-4%Al合金在干燥箱中烘干預熱至200°C ; (2) 溶煉：預熱的90gMg-4%Al合金放入坩鍋中加熱至680°C溶化，同時通入保護性氣體 SF6與CO2，氣體流量CO2 :6L/min，SF6 :0. 07L/min，當溶煉爐內的溫度接近750°C時，再加入 90gW68Ti32，將溫度升高到780°C后，進行第一次保溫，保溫時間為15min，然后進行第一次攬 拌，攪拌時間2min ;繼續升溫至800°C進行第二次保溫，保溫時間為25min，然后進行第二次 攪拌，攪拌時間約為2min ;再靜置20min ; (3) 澆注：當溫度降低到700°C時開始進行繞入，模具溫度為220°C，繞注成圓鑄淀在空 氣中自然冷卻。鑄淀的抗拉強度和屈服強度分別為450MPa和390MPa。
[0020] 實施例4 制備工藝條件及步驟如實施例1，不同在于：W82Ti18為10g，Mg-8%A1為90g。鑄淀的抗 拉強度和屈服強度分別為440MPa和380MPa。
[0021] 實施例5 制備工藝條件及步驟如實施例2,不同在于：W98Ti2為30g，Mg-8%A1為70g。鑄淀的抗拉 強度和屈服強度分別為420MPa和360MPa。
[0022] 實施例6 制備工藝條件及步驟如實施例2,不同在于：W42Ti58為25g，Mg-12%A1為75g。鑄淀的抗 拉強度和屈服強度分別為409MPa和348MPa。
[0023] 實施例7 制備工藝條件及步驟如實施例3,不同在于：W18Ti72為28g，Mg-16%A1為72g。鑄淀的抗 拉強度和屈服強度分別為398MPa和338MPa。
[0024] 實施例8 制備工藝條件及步驟如實施例3,不同在于：W18Ti72為22. 5g，Mg-20%A1為77. 5g。鑄淀 的抗拉強度和屈服強度分別為388MPa和326MPa。
[0025] 以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
【權利要求】
1. 一種新型高強度鎂合金，其特征在于，其組成重量百分比為：鎢鈦合金為59Γ35%，鎂 鋁合金為659Γ95%。
2. 如權利要求1所述的種新型高強度鎂合金，其特征在于，所述的其組成重量百分比 為：W68Ti32為10%?30%，鎂鋁合金為70%?90%。
3. 如權利要求1所述的種新型高強度鎂合金，其特征在于，所述的其組成重量百分比 為：W68Ti32為25%，鎂鋁合金為75%。
4. 如權利要求1所述的種新型高強度鎂合金，其特征在于，所述的其組成重量百分比 為：W68Ti32為28%，鎂鋁合金為72%。
5. 如權利要求1~4所述的種新型高強度鎂合金，其特征在于，所述的鎢鈦合金為 W68Ti32、W82Ti18、W98Ti 2、W42Ti58、W18Ti72 中的一種。
6. 如權利要求1~4所述的種新型高強度鎂合金，其特征在于，所述的鎂合金為 Mg-4%A1、Mg-8%A1、Mgl2%Al、Mg-16%A1、Mg-20%A1 中的一種。
7. -種權利要求I的高強度鎂合金的制備方法，包括步驟如下： (1) 預熱：將W68Ti32、鎂鋁合金在干燥箱中烘干預熱至200°C ; (2) 溶煉：預熱的鎂鋁合金放入坩鍋中加熱至680°C溶化，同時通入保護性氣體SF6與 CO2，氣體流量CO2 :4-6L/min，SF6 :0. 04-0. 07L/min，當溶煉爐內的溫度接近750°C時，再加 入鎢鈦合金，將溫度升高到780°C后，進行第一次保溫，保溫時間為15min，然后進行第一次 攬拌，攪拌時間2min ;繼續升溫至800°C進行第二次保溫，保溫時間為25min，然后進行第二 次攪拌，攪拌時間約為2min ;再靜置20min ; (3) 澆注：當溫度降低到700°C時開始進行繞入，模具溫度為220°C，繞注成圓鑄淀在空 氣中自然冷卻。
【文檔編號】C22C23/00GK104213008SQ201410402527
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月16日 優先權日:2014年8月16日
【發明者】李瑞國 申請人:無棣向上機械設計服務有限公司