CN104831137B - 一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 - Google Patents
一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104831137B CN104831137B CN201510273813.2A CN201510273813A CN104831137B CN 104831137 B CN104831137 B CN 104831137B CN 201510273813 A CN201510273813 A CN 201510273813A CN 104831137 B CN104831137 B CN 104831137B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- aging
- magnesium
- heat treatment
- treatment process
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000032683 aging Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 19
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 6
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 3
- VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N hexachloroethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)C(Cl)(Cl)Cl VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 235000001055 magnesium Nutrition 0.000 claims 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 230000001550 time effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 4
- 229910017708 MgZn2 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910017706 MgZn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
本发明提供一种时效强化型镁合金及其热处理工艺，该合金各组份的重量百分比为锌6.8%~8.0%、铜0.8~1.5%、锰0.8%~1.5%，其余为镁和不可避免的杂质。所述合金铸锭经330~360℃×4~8h+400~420℃×16~20h双级均匀化处理，于360‑400℃热加工成型，对成型产品做400~430℃保温2~4h的固溶处理，水冷，随即进行80~100℃×3~5h+175~190℃×15~18h双级时效，可获得远远优于商用高强度ZK60镁合金的时效强化效应，明显提高合金强度。该合金不含贵重金属、成本低；打破了传统商用镁合金通过MgZn2相实现时效强化的局限；通过适当热处理工艺的配合，可以促进合金中的析出相以细小弥散的形式析出、最大限度地发挥合金的时效强化潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金材料和处理工艺，尤其涉及一种时效强化型镁合金及其热处理工艺。属于金属材料技术领域。
背景技术
镁是迄今为止最轻的商用金属结构材料，在3C、航空航天、交通运输等领域显示了巨大的应用潜力。但是，镁合金的发展应用远不及轻质金属铝，其主要原因之一是镁的绝对强度不足。时效强化是一种有效的强化金属材料的手段，可以大幅度提高金属材料的强度。目前的商用高强度镁合金包括Mg-Zn-Zr系（典型合金ZK60）和Mg-RE系（典型合金WE43），其强化镁的手段即是时效强化。
但是，Mg-Zn系合金中，时效强化相MgZn2沿着镁基体基面析出，不能有效阻碍基面位错滑移，因此时效强化作用有限，限制了合金强度的提升效果；而且，合金中添加了作为晶粒细化剂的贵金属元素Zr，虽然其含量不高（≥0.45wt%），但是在一定程度上增加了合金成本。而以稀土为主要添加元素的Mg-RE合金系，虽然稀土强化相有较好的强化效果；但是，由于稀土价格昂贵，该类合金仅用于航空航天等领域，限制了合金的使用范围。如何开发出具有显著时效强化效应的低成本镁合金、大幅度提高镁合金的强度，是镁发展应用中的一个瓶颈问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种时效强化型镁合金及其处理工艺。
本发明的目的是这样实现的：一种时效强化型镁合金，其特征在于，所述镁合金由镁、锌、铜、锰组成，其重量百分组成为锌6.8%~8.0%、铜0.8~1.5%、锰0.8%~1.5%，其余为镁和不可避免的杂质。
进一步，按上述配方配料，以工业纯镁锭、工业纯锌锭、Mg-10%Mn中间合金、Mg-30%Cu中间合金为原材料，采用半连续铸造法熔炼铸造；具体包括如下步骤：
首先，加热至720℃熔化工业纯镁，保温5~10min，扒渣，然后升温至750~780℃，加入Mg-10%Mn 中间合金、Mg-30%Cu 中间合金和工业纯锌，当全部熔化后，静置10~20min；
然后，打渣加入六氯乙烷精炼剂，精炼3-5分钟；打渣后静置保温10~20min；
最后，降温至710~740℃浇注成铸锭。
本发明还提供一种时效强化型镁合金的热处理工艺，包括以下步骤：
1）将上述浇注获得的铸锭锯切车皮，于（330~360）℃×（4~8）h+（400~420）℃×（16~20）h的条件下进行双级均匀化处理；
2）在360-400℃热加工成型；
3）对热加工成型的型材进行固溶时效热处理，其中固溶处理在400~430℃保温2-4h；
4）水冷后，随即采用双级时效工艺，工艺参数为（80~100）℃×（3~5）h+（175~190）℃×（15~18）h。
其中，所述热加工包括热挤压、热轧、热锻等方式。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1．本发明时效强化型镁合金中的合金元素均为常用金属元素，其中铜、锰元素的含量均小于1.5%。与Mg-Zn-Zr系合金相比，不含晶粒细化剂Zr元素；与Mg-RE系合金相比，不含稀土元素，因此合金成本大大降低。
2．本发明时效强化型镁合金中的时效强化相为Mg3Zn4Mn三元相，打破了传统商用镁合金通过MgZn2相实现时效强化的局限。该析出相具有明显的时效强化效应，强化效果好。
3．本发明时效强化型镁合金中含有一定量的Cu，Cu主要以Mg(Cu, Zn)2化合物的形式存在，在热加工和热处理过程中，可以有效抑制再结晶晶粒长大，使合金保持稳定细晶状态，从而能够进一步提高合金强度，同时改善塑性。
4．本发明时效强化型镁合金的热处理工艺，采用双级均匀化处理使合金元素Zn、Mn尽可能固溶于基体中，一方面提高其在基体中的固溶度，另一方面减小铸锭中粗大初生化合物相对塑性变形的不利影响；热加工过程中，未溶化合物被破粹、尺寸细化，在随后的固溶热处理中进一步溶入基体、提高合金元素的固溶度；时效热处理首先采用较低温的短时时效，以增大析出相析出的驱动力、提高形核率，随后适度提高温度进行充分时效析出，从而促进析出相以细小弥散的形式析出、最大限度地发挥合金的时效强化潜力。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种时效强化型镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌8.0%、铜1.5%、锰1.0%，其余为镁和不可避免的杂质。
本发明的时效强化型镁合金采用以下制备工艺来制取：以工业纯镁锭、工业纯锌锭、Mg-10%Mn中间合金、Mg-30%Cu中间合金为原材料，采用半连续铸造法熔炼铸造。
在电阻坩埚炉中加热至720℃熔化工业纯镁，保温5min，扒渣，然后升温至760℃，加入Mg-10%Mn 中间合金、Mg-30%Cu 中间合金和工业纯锌，当全部熔化后，静置15min，打渣后加入六氯乙烷精炼剂，精炼3-5分钟，打渣后静置保温15min，之后降温至720℃左右浇注成型。
本发明提供的热处理工艺方法，包括以下步骤：
1）将浇注获得的铸锭锯切车皮，之后采用340℃×6h+420℃×16h进行双级均匀化处理；
2）在385℃热挤压，挤压比25，得到Ф16的合金棒材；
3）对热成型获得的棒材进行固溶时效热处理，其中固溶处理在420℃保温2h；
4）水冷，随即双级时效，工艺参数为90℃×4h+180℃×16h。
对经过固溶处理和固溶时效处理的合金棒材测试拉伸力学性能，得到其屈服强度分别为217和372MPa，时效后强度增量为155 MPa。对比在同样条件下挤压成型的ZK60镁合金，其固溶态和固溶时效态的屈服强度分别为192和246MPa，时效后强度增量仅为54MPa。可见，本发明时效强化型镁合金具有明显的时效强化效应，大大提高了合金强度。
实施例2：一种时效强化型镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌7.3%、铜1.0%、锰0.8%，其余为镁和不可避免的杂质。采用与实施例1相同的制备工艺制备。
1）将浇注获得的铸锭锯切车皮，之后采用330℃×8h+400℃×20h进行双级均匀化处理；
2）在360℃热挤压，挤压比25，得到Ф16的合金棒材；
3）对热成型获得的棒材进行固溶时效热处理，其中固溶处理在400℃保温4h，
4）水冷，随即双级时效，工艺参数为80℃×5h+175℃×18h。
对经过固溶处理和固溶时效处理的合金棒材测试拉伸力学性能，得到其屈服强度分别为225和387MPa，时效后强度增量为165 MPa。对比在同样条件下挤压成型的ZK60镁合金，其固溶态和固溶时效态的屈服强度分别为192和246MPa，时效后强度增量仅为54MPa。可见，本发明时效强化型镁合金具有明显的时效强化效应，大大提高了合金强度。
实施例3：一种时效强化型镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌6.8%、铜0.9%、锰1.2%，其余为镁和不可避免的杂质。采用与实施例1相同的制备工艺制备。
1）将浇注获得的铸锭锯切车皮，之后采用360℃×4h+410℃×18h进行双级均匀化处理；
2）在400℃热挤压，挤压比25，得到Ф16的合金棒材；
3）对热成型获得的棒材进行固溶时效热处理，其中固溶处理在430℃保温3h；
4）水冷，随即双级时效，工艺参数为100℃×3h+185℃×15h。
对经过固溶处理和固溶时效处理的合金棒材测试拉伸力学性能，得到其屈服强度分别为211和380MPa，时效后强度增量为169 MPa。对比在同样条件下挤压成型的ZK60镁合金，其固溶态和固溶时效态的屈服强度分别为192和246MPa，时效后强度增量仅为54MPa。可见，本发明时效强化型镁合金具有明显的时效强化效应，大大提高了合金强度。
综上，本发明实施例1至3在室温条件下Ф16棒材的力学拉伸性能如表1所示。为了便于比较，表1中列出了ZK60镁合金的力学性能数据。
表1 合金的拉伸力学性能
由表1可以看出，本发明（实施例1至3）的合金，尤其是经过本发明提供的固溶时效热处理后，具有明显的时效强化效应，大大提高了合金强度。性能较目前常用的商用高强度变形镁合金ZK60具有更好的性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种时效强化型镁合金的热处理工艺，其特征在于，按配方配料，以工业纯镁锭、工业纯锌锭、Mg-10%Mn中间合金、Mg-30%Cu中间合金为原材料，采用半连续铸造法熔炼铸造；所述配方为锌6.8%~8.0%、铜0.8~1.5%、锰0.8%~1.5%，其余为镁和不可避免的杂质；具体包括如下步骤：
1）加热至720℃熔化工业纯镁，保温5~10min，扒渣，然后升温至750~780℃，加入Mg-10%Mn 中间合金、Mg-30%Cu 中间合金和工业纯锌，当全部熔化后，静置10~20min；
2）打渣加入六氯乙烷精炼剂，精炼3-5分钟；打渣后静置保温10~20min；
3）降温至710~740℃浇注成铸锭；
4）将步骤3）浇注获得的铸锭锯切车皮，于（330~360）℃×（4~8）h+（400~420）℃×（16~20）h的条件下进行双级均匀化处理；
5）在360-400℃热加工成型；
6）对热加工成型的型材进行固溶时效热处理，其中固溶处理在400~430℃保温2-4h；
7）水冷后，随即采用双级时效工艺，工艺参数为（80~100）℃×（3~5）h+（175~190）℃×（15~18）h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510273813.2A CN104831137B (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510273813.2A CN104831137B (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104831137A CN104831137A (zh) | 2015-08-12 |
| CN104831137B true CN104831137B (zh) | 2017-01-18 |
Family
ID=53809330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510273813.2A Active CN104831137B (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104831137B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107164676B (zh) * | 2017-05-12 | 2018-06-19 | 重庆大学 | 一种具有低各向异性的低成本变形镁合金及其制备方法 |
| CN109022978A (zh) * | 2017-05-19 | 2018-12-18 | 曹丹丹 | 镁合金的制备方法 |
| CN107326235B (zh) * | 2017-07-20 | 2018-11-06 | 重庆大学 | 一种含Cu的高强Mg-Zn-Al系变形镁合金及其制备方法 |
| CN110000318B (zh) * | 2019-03-14 | 2020-07-31 | 桂林理工大学 | 一种镁合金硬盘壳体精锻成形方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050006010A1 (en) * | 2002-06-24 | 2005-01-13 | Rinze Benedictus | Method for producing a high strength Al-Zn-Mg-Cu alloy |
| CN100478484C (zh) * | 2007-10-18 | 2009-04-15 | 重庆大学 | 镁-锌-锰系变形镁合金的热处理工艺 |
| CN101988169B (zh) * | 2010-12-09 | 2012-08-29 | 沈阳工业大学 | 高强度铸造镁合金及其制备方法 |
| KR101345031B1 (ko) * | 2012-02-20 | 2013-12-26 | 명화공업주식회사 | 중력주조 및 가압성형을 이용한 마그네슘합금 너클의 제조방법 및 그 너클 |
| CN102978497B (zh) * | 2012-11-21 | 2014-07-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强高韧铸造镁合金及其制备方法 |
-
2015
- 2015-05-26 CN CN201510273813.2A patent/CN104831137B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104831137A (zh) | 2015-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3650561B1 (en) | Plastic wrought magnesium alloy and preparation method thereof | |
| CN105154734B (zh) | 一种可高速挤压的变形镁合金及其制备方法 | |
| CN103103384B (zh) | Al-Fe-Os-RE铝合金及其制备方法和电力电缆 | |
| CN103014443B (zh) | 一种稀土铝合金及其制备方法 | |
| CN105624494B (zh) | 一种含稀土元素的耐蚀变形镁合金及其制备方法 | |
| CN103695741A (zh) | 一种Mg-Zn-Al-Sn-Mn系镁合金及其制备方法 | |
| CN106350716A (zh) | 一种高强度外观件铝合金材料及其制备方法 | |
| CN103045913A (zh) | Al-Fe-Ir-RE铝合金及其制备方法和电力电缆 | |
| CN104745902A (zh) | 自行车用高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺 | |
| CN104831137B (zh) | 一种时效强化型镁合金及其热处理工艺 | |
| CN104805331B (zh) | 一种工程机械用高强高韧耐磨挤压锌合金u型材及其制备方法 | |
| CN105018812A (zh) | 一种耐热镁合金及其制备方法 | |
| CN104152769A (zh) | 一种导热镁合金及其制备方法 | |
| CN106148785A (zh) | 一种室温高延展性变形镁合金及其制备方法 | |
| CN108950337B (zh) | 一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金及其制备方法 | |
| CN104928549A (zh) | 一种高强度高弹性模量的铸造镁稀土合金及其制备方法 | |
| CN104152772B (zh) | 一种含银锶稀土高强耐热镁合金及其制备方法 | |
| EP2692883A2 (en) | Mg-al-ca-based master alloy for mg alloys, and a production method therefor | |
| CN103225031B (zh) | 一种镁-锌-锰-锡-钕合金及其制备方法 | |
| CN105039816A (zh) | 一种低成本高强耐热镁合金及其制备方法 | |
| CN108315619A (zh) | 一种含Er的高强度镁锂合金及其制备方法 | |
| CN103484742A (zh) | 高强度阻尼镁合金 | |
| CN107142395B (zh) | 一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法 | |
| CN108504883A (zh) | 一种具有弱织构的Mg-LRE-HRE-Zn系变形合金的制备方法 | |
| CN105331866B (zh) | 一种Mg‑Zn‑Gd准晶增强的AZ91镁合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |