專利名稱：Mg₉₇Y₂Zn₁合金加鋯增強(qiáng)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬熔煉技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種Mg9j2Zm合金加
鋯增強(qiáng)法。
背景技術(shù)：
鎂合金是在汽車、航空航空工業(yè)上的有著廣闊的應(yīng)用前景。而這些行業(yè)中鎂
合金結(jié)構(gòu)件種類繁多、數(shù)量龐大，并且要求材料具有良好的力學(xué)性能。Mg97Y2Zni 合金以其高強(qiáng)度、良好的延伸率、高應(yīng)變超塑性、良好的熱穩(wěn)定性、以及較好的 高溫強(qiáng)度等滿足汽車、航空航天工業(yè)的需求。目前多是采取工藝改進(jìn)的思路對(duì) Mg97Y2Zm合金進(jìn)行增強(qiáng)，這種辦法一方面提高了強(qiáng)度，但另一方面卻使延伸率下 降。而向Mg97Y2Zm合金中添加鋯元素改變其成分比，可以同時(shí)提高M(jìn)g97Y2Zi^合金
的強(qiáng)度和延伸率，全面改善其力學(xué)性能。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Kawamura Y.等在《Materials Transactions)) (材料學(xué)報(bào)一第42巻第7期第1172 1176頁(yè))上發(fā)表的"Rapidly solidified powder metallurgy Mg97ZruY2 alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa"(快速固化粉末方法冶煉具有600MPa以上超強(qiáng)延展性的Mg97ZmY2 合金)，該文中采用快速冷卻和粉末冶金(RS P/M)條件下制取的Mg97Y2Zm合金具 有很高的強(qiáng)度并具有一定延伸率，分別是610MPa和5。/。。其不足在于雖然其強(qiáng)度 很高，但是限于快速冷卻和粉末冶金法的加工設(shè)備和加工過(guò)程比較復(fù)雜，對(duì)外界 條件要求苛刻，無(wú)法在常溫常壓進(jìn)行生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法， 提高其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)Mg97Y2Zm合金的力學(xué)性能全面提高。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟 第一步、開(kāi)電爐電源，把坩堝放入熔煉爐加熱，并向柑堝中加入純鎂錠進(jìn)行 熔化處理，然后向熔煉爐內(nèi)通入SFe和C02的混合氣體并升溫加熱，最后向熔爐中加入合金金屬并保溫處理，制成合金熔液； 所述的鎂合金精煉劑是指RJ 2精煉劑。
RJ系列精煉劑為粉狀顆粒，除氣除渣效果較好。RJ-l精煉劑多用于純鋁及非 鎂鋁合金精煉；RJ-2精煉劑多用于高硅鋁合金精煉。
所述的熔化處理是指將純鎂錠隨爐升溫120 180分鐘；
所述的升溫加熱是指將坩堝升溫至730 75(TC;
所述的保溫處理是指將溫度升到75(TC并且保溫20 40分鐘；
所述的混合氣體中SFe和C02的質(zhì)量百分比分別為0. 3y。SFe和99. 7%C02;
所述的向熔爐中加入合金金屬是指向純鎂錠中加入純鋅金屬、鎂 25%釔 合金和純鋯金屬，使所述的純鋅金屬與純鎂錠的重量比為l: 27.905，所述的鎂 25%釔合金與純鎂錠的重量比為1: 2.5652，所述的純鋯金屬與純鎂錠的重量比分 別為l: 7980.9。
第二步、向合金熔液中加入鎂合金精煉劑并進(jìn)行混合攪拌后靜置，使合金溶
液中的雜質(zhì)充分下沉；
第三步、將合金熔液進(jìn)行降溫扒渣處理后澆鑄至金屬型鑄模；
所述的降溫扒渣處理是指將坩堝溫度降至71(TC后進(jìn)行扒渣。
第四步、將金屬鑄模中的合金模件取出進(jìn)行擠壓處理，獲得具有增強(qiáng)性能的
加鋯Mg^Y2Zm合金。
所述的擠壓處理是指在25(TC環(huán)境下以6. 25: l的擠壓比進(jìn)行擠壓。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用鋯元素的細(xì)化合金晶粒、提高組織均勻的特性， 使得加鋯Mg97Y2Zm合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別提高到383. 23MPa、 425. 16MPa、 11.6%,全面提高了 Mg^LZru合金的力學(xué)性能。同時(shí)本發(fā)明方法采 用普通的熔爐及壓鑄設(shè)備即可生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)難度，拓寬了應(yīng)用范圍。


圖la至圖ld為實(shí)施例合金鑄態(tài)下的金相照片； 圖2a至圖2d為實(shí)施例擠壓態(tài)的金相照片； 圖3為實(shí)施例添加鋯元素前后合金力學(xué)性能示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例一
第一步、開(kāi)電爐電源，把坩堝放入熔煉爐加熱，并向坩堝中加入純鎂錠隨爐 升溫120分鐘后待鎂錠開(kāi)始熔化時(shí)向熔煉爐內(nèi)通入SFe和C02的混合氣體
(0.3%SF6， 99.7%C02)，當(dāng)溫度升到730。C后，向Mg97Y2Zm合金中分別加入純鋅、 Mg 25。/。Y和鋯元素，使所述的純鋅金屬與純鎂錠的重量比為1: 27.904，所述的 鎂 25%釔合金與純鎂錠的重量比為1: 2.5653，所述的純鋯金屬與純鎂錠的重 量比分別為l: 11106，然后將溫度升到75(TC并且保溫20分鐘，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用鎂合金精煉劑并攪拌2 4分鐘并靜置25 35 分鐘，使雜質(zhì)充分下沉。
第三步、將合金熔液降溫至71(TC，扒渣后澆鑄至金屬型鑄模。
第四步、25(TC下對(duì)(Mg97Y2Zn》99.82Zr。.^合金進(jìn)行擠壓比為6.25: 1擠壓，得 到的合金的晶粒尺寸為60ym。
如圖3所示，本實(shí)施例制備所得加鋯MgwY2Zm合金的力學(xué)性能分別為延伸 率11.0%，屈服強(qiáng)度361. 37MPa，抗拉強(qiáng)度379. 85MPa。
實(shí)施例二
第一步、開(kāi)電爐電源，把坩堝放入熔煉爐加熱，并向坩堝中加入純鎂錠隨爐 升溫180分鐘后待鎂錠開(kāi)始熔化時(shí)向熔煉爐內(nèi)通入SFe和C02的混合氣體 (0.3%SF6， 99.7%C02),當(dāng)溫度升到750。C后，向Mgg7Y2Zm合金中分別加入純鋅、 Mg 25。/。Y和鋯元素，使所述的純鋅金屬與純鎂錠的重量比為1: 27.904，所述的 鎂 25%釔合金與純鎂錠的重量比為1: 2.5664,所述的純鋯金屬與純鎂錠的重 量比分別為1: 9981. 2，然后將溫度升到75(TC并且保溫40分鐘，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用鎂合金精煉劑并攪拌2 4分鐘并靜置25 35 分鐘，使雜質(zhì)充分下沉。
第三步、將合金熔液降溫至71(TC，扒渣后澆鑄至金屬型鑄模。
第四步、250。C下對(duì)(Mg9j2Zrh)99.8Zr。.2合金進(jìn)行擠壓比為6.25: 1擠壓，得到 的合金的晶粒尺寸為50ym左右。
如圖3所示，本實(shí)施例制備所得加鋯Mg97Y2Zm合金的力學(xué)性能分別為延伸率10.8%，屈服強(qiáng)度364. 15MPa，抗拉強(qiáng)度390. 72MPa。 實(shí)施例三
第一步、開(kāi)電爐電源，把坩堝放入熔煉爐加熱，并向坩堝中加入純鎂錠隨爐 升溫150分鐘后待鎂錠開(kāi)始熔化時(shí)向熔煉爐內(nèi)通入SFe和C02的混合氣體 (0.3°/。SF6， 99.7%C02)，當(dāng)溫度升到740。C后，向Mg97Y2Zi^合金中分別加入純鋅、 Mg 25y。Y和鋯元素，使所述的純鋅金屬與純鎂錠的重量比為1: 27.905，所述的 鎂 25%釔合金與純鎂錠的重量比為1: 2.5652，所述的純鋯金屬與純鎂錠的重 量比分別為1: 7980. 9，然后將溫度升到75(TC并且保溫30分鐘，制成合金熔液。
第二步、向合金熔液中加入常用鎂合金精煉劑并攪拌2 4分鐘并靜置25 35 分鐘，使雜質(zhì)充分下沉。
第三步、將合金熔液降溫至71(TC，扒渣后饒鑄至金屬型鑄模。
第四步、250'C下對(duì)(MgwY2Zn》亂75Zr。.25合金進(jìn)行擠壓比為6.25: 1擠壓，得 到的合金的晶粒尺寸為50ixm左右。
如圖3所示，本實(shí)施例制備所得加鋯Mg97Y2Zm合金的力學(xué)性能分別為延伸 率11.6%，屈服強(qiáng)度383. 23MPa，抗拉強(qiáng)度425. 16MPa。
如圖1所示，顯示Mg97Y2Zru和(Mg97Y2Zru)99.7sZr。.25合金的金相照片，在加入鋯 元素后，晶粒進(jìn)得到細(xì)化。
可見(jiàn)，鋯對(duì)Mg Y Zn合金系的晶粒細(xì)化效果卻是非常顯著的。此外，加 入鋯元素使Mg97Y2Zm合金的組織的均勻性得以提高，基體各處離晶界的距離都縮 短了，溶質(zhì)原子在晶界上的富集現(xiàn)象大為緩解，晶內(nèi)的精細(xì)條紋結(jié)構(gòu)比未加鋯元 素的合金要明顯，而晶內(nèi)的精細(xì)條紋結(jié)構(gòu)對(duì)材料的力學(xué)性能有很大的關(guān)系，顯然 這種微觀組織的改善將使合金的力學(xué)性能大大提高。
如圖2所示，顯示實(shí)施例的擠壓態(tài)金相照片，兩種合金經(jīng)過(guò)擠壓后都發(fā)生了 部分再結(jié)晶。如圖2a和圖2b所示，擠壓后的Mg97Y2Zm合金的X相比較粗大，而 且分布不均勻。而圖2c和圖2d可以看到，由于(Mg97Y2Zn》99.7sZr。.25合金原始組織 比較細(xì)，X相的分布比Mg97Y2Zm合金均勻，因此在擠壓過(guò)程中其再結(jié)晶的形核點(diǎn) 也比Mg97Y2Zm合金多，所以其再結(jié)晶區(qū)域也比Mg97Y2Zm合金多，分布也比較均勻。
而原本粗大的x相尺寸變小了，這也使合金的塑性得到改善。
權(quán)利要求
1、一種Mg97Y2Zn1合金加鋯增強(qiáng)法，其特征在于，包括以下步驟第一步、開(kāi)電爐電源，把坩堝放入熔煉爐加熱，并向坩堝中加入純鎂錠進(jìn)行熔化處理，然后向熔煉爐內(nèi)通入SF6和CO2的混合氣體并升溫加熱，最后向熔爐中加入合金金屬并保溫處理，制成合金熔液；第二步、向合金熔液中加入鎂合金精煉劑并進(jìn)行混合攪拌后靜置，使合金溶液中的雜質(zhì)充分下沉；第三步、將合金熔液進(jìn)行降溫扒渣處理后澆鑄至金屬型鑄模；第四步、將金屬鑄模中的合金模件取出進(jìn)行擠壓處理，獲得具有增強(qiáng)性能的加鋯Mg97Y2Zn1合金。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的鎂合金精煉劑是指RJ 2精煉劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zn,合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的熔化 處理是指將純鎂錠隨爐升溫120 180分鐘。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的升溫 加熱是指將坩堝升溫至730 75(TC 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zrii合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的保溫 處理是指將溫度升到750'C并且保溫20 40分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的混合 氣體中SF6和C02的質(zhì)量百分比分別為0. 3%SFjfl99. 7%C02。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的向熔 爐中加入合金金屬是指向純鎂錠中加入純鋅金屬、鎂 25%釔合金和純鋯金屬， 使所述的純鋅金屬與純鎂錠的重量比為l: 27.905，所述的鎂 25%紀(jì)合金與純鎂 錠的重量比為l: 2.5652，所述的純鋯金屬與純鎂錠的重量比分別為l: 7980.9。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zm合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的降溫 扒渣處理是指將坩堝溫度降至710 。C后進(jìn)行扒渣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的Mg97Y2Zn,合金加鋯增強(qiáng)法，其特征是，所述的擠壓 處理是指在250'C環(huán)境下以6. 25: l的擠壓比進(jìn)行擠壓。
全文摘要
一種金屬熔煉技術(shù)領(lǐng)域的Mg₉₇Y₂Zn₁合金加鋯增強(qiáng)法，包括對(duì)純鎂錠進(jìn)行熔化處理并加入合金金屬制成合金熔液；向合金熔液中加入鎂合金精煉劑；將合金熔液進(jìn)行降溫扒渣處理后澆鑄至金屬型鑄模以及將合金模件取出進(jìn)行擠壓處理。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)化的步驟有效提高鎂合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)Mg₉₇Y₂Zn₁合金的力學(xué)性能全面提高。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101560622SQ20091005163
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者丁文江, 曾小勤, 凌 林, 彬 陳 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);上海輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心有限公司