CN105331863B - 一种耐热核壳强化相镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐热核壳强化相镁合金，其化学成分为Mg‑xL‑yM，其中x和y为质量分数，7≦x≦15，0.1≦y≦1，L为Zn、Sn、Sc中一种或两种，当2种元素共存时，质量分数相等；M为Ca、Mn、Zr中的一种；上述耐热核壳强化相镁合金的制备方法为首先通过真空感应熔炼制备铸态合金锭，然后对上述镁合金铸锭进行固溶处理，固溶温度为380～510℃，固溶时间为8～18小时，固溶后水淬；再在2GP～6GPa的高压条件下对镁合金进行双时效，第一次时效温度为300～800℃，时效时间为8～36小时，时效结束后淬火；第二次时效温度为500～800℃，时效时间为8～24小时，时效结束后淬火。本发明工艺简单、成本低廉，通过双时效析出的具有核壳结构的强化相具有良好的高温稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁基合金及其制备方法。
背景技术
镁及镁合金是目前广泛应用的最轻的金属结构材料。其具有低密度、高比强度及比刚度、良好导热性能、优良的电磁屏蔽性能，优良的阻尼性能和易于回收等优点，在航空航天、交通运输、电子3C和国防军事领域具有广阔的应用前景。但是一般镁合金的耐高温性能较差，工作温度不能超过120～150℃，这就极大地限制了它的广泛应用。镁合金高温性能较差的主要原因是传统镁合金的时效析出强化相，在高温条件下会逐渐长大，镁合金的强度和抗蠕变性能大幅下降失去强化效果。
近年来，随着含稀土镁合金不断被开发和研究，镁合金的高温性能得到了改善。镁稀土(Mg-RE)合金通过析出强化，在晶内或晶界处析出亚稳的半共格或共格的第二相来提高合金的强度。但是合金在使用过程中强化相尺寸不稳定和分布不均匀，导致合金的高温强化效果降低。同时稀土元素价格昂贵，开发无稀土元素的耐高温镁合金成为研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种成本低、高温性能优异的耐热核壳强化相镁合金及其制备方法。本发明主要是通过高压双时效工艺析出的强化相具有核壳结构，得到耐热核壳强化相镁合金。
本发明的耐热核壳强化相镁合金的化学成分为Mg-xL-yM，其中x和y为质量分数，7≦x≦15，0.1≦y≦1，L为Zn、Sn、Sc中一种或两种，当2种元素共存时，质量分数相等；M为Ca、Mn、Zr中的一种。
上述耐热核壳强化相镁合金的制备方法如下：
(1)采用真空感应熔炼工艺制备上述成分的镁合金铸锭；
(2)在有氩气保护的电阻管氏炉中对上述镁合金铸锭进行固溶处理，固溶温度为380～510℃，固溶时间为8～18小时，固溶后水淬；
(3)在2GP～6GPa的高压条件下对步骤(2)的镁合金进行双时效，第一次时效温度为300～800℃，时效时间为8～36小时，时效结束后淬火；第二次时效温度为500～800℃，时效时间为8～24小时，时效结束后淬火；淬火介质均为冷水。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、和耐热镁稀土合金相比，不含稀土元素，使得镁合金的总体成本下降。
2、工艺简单，通过常压固溶处理和高压双时效工艺就能得到所需的具有核壳结构强化相的合金。
3、通过双时效析出的具有核壳结构的强化相具有良好的高温稳定性。
附图说明
图1是本发明中核壳结构析出相形成原理示意图。
图2是本发明实施例1中Mg-4Zn-4Sc-0.5Mn合金的时效硬化曲线图。
图3是本发明实施例2中Mg-7Sn-1Ca合金的明场透射图。
图4是本发明实施例3中Mg-15Sc-1Zr合金中析出的核壳结构的Mg(Sc,Zr)相的高分辨图。
具体实施方式：
实施例1
采用真空感应熔炼工艺制备Mg-4Zn-4Sc-0.5Mn合金锭，将上述镁合金锭在有氩气保护的电阻管氏炉中进行固溶处理，固溶温度为380℃，固溶时间为18小时，固溶结束后水淬；将淬火后的镁合金进行高压时效处理，时效压力为6GPa，首先时效的温度为800℃，时效时间为8小时，时效结束后水淬，第二次时效温度为500℃，时效时间为20小时，时效结束后水淬，即可得到核壳结构的Mg(Zn,Sc)2的强化相。
如图1所示，通过高压预时效析出核状析出相，再通过高压二次时效在核状析出相的基础上析出壳状析出相，这种核壳结构的强化相在高温环境中具有高的热稳定性，从而极大提高合金的耐热性能。
如图2所示，相比于300℃单时效的合金，经过双时效工艺制备的具有核壳结构的Mg(Zn,Sc)2强化相合金具有更高的峰值硬度。
实施例2
采用真空感应熔炼工艺制备Mg-7Sn-1Ca合金锭，将上述镁合金锭在有氩气保护的电阻管氏炉中进行固溶处理，固溶温度为510℃，固溶时间为12小时，固溶结束后水淬；将淬火后的合金进行高压时效处理，时效压力为6GPa，首先时效的温度为500℃，时效时间为24小时，时效结束后水淬，第二次时效温度为800℃，时效时间为8小时，时效结束后水淬，即可得到具有核壳结构的Mg2(Sn,Ca)的强化相。
如图3所示，所制得的镁合金具有核壳结构的Mg2(Sn,Ca)的强化相在晶内和晶界处弥散分布，析出相的直径约为15nm。
实施例3
采用真空感应熔炼工艺制备Mg-15Sc-1Zr合金锭，将上述镁合金锭在有氩气保护的电阻管氏炉中进行固溶处理，固溶温度为500℃，固溶时间为8小时，固溶结束后水淬；将淬火后的合金进行高压时效处理，时效压力为4GPa，首先时效的温度为400℃，时效时间为36小时，时效结束后水淬，第二次时效温度为600℃，时效时间为8小时，时效结束后水淬，即可得到具有核壳结构的Mg(Sc,Zr)的强化相。
如图4所示，核状析出相的直径约为12nm，壳状析出相的直径约为40nm。
实施例4
采用真空感应熔炼工艺制备Mg-6Sn-6Zn-0.1Zr合金锭，将上述镁合金锭在有氩气保护的电阻管氏炉中进行固溶处理，固溶温度为510℃，固溶时间为12小时，固溶结束后水淬。将淬火后的合金进行高压时效处理，时效压力为2GPa，首先时效的温度为300℃，时效时间为32小时，时效结束后水淬；第二次时效温度为600℃，时效时间为24小时，时效结束后水淬，即可得到具有核壳结构的Mg2(Sn,Zn)的强化相。
Claims (1)
1.一种耐热核壳强化相镁合金的制备方法，所述耐热核壳强化相镁合金的化学成分为Mg-xL-yM，其中x和y为质量分数，7≦x≦15，0.1≦y≦1，L为Zn、Sn、Sc中一种或两种，当2种元素共存时，质量分数相等；M为Ca、Mn、Zr中的一种，其特征在于：
(1)采用真空感应熔炼工艺制备上述成分的镁合金铸锭；
(2)在有氩气保护的电阻管氏炉中对上述镁合金铸锭进行固溶处理，固溶温度为380～510℃，固溶时间为8～18小时，固溶后水淬；
(3)在2GP～6GPa的高压条件下对步骤(2)的镁合金进行双时效，第一次时效温度为300～800℃，时效时间为8～36小时，时效结束后淬火；第二次效温度为500～800℃，时效时间为8～24小时，时效结束后淬火；淬火介质均为冷水。
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