用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金
阅读：621发布：2021-04-13
专利汇可以提供用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于进行高速 挤压 的镁 铝 系 变形 镁 合金 ，该合金在进行高速挤压的同时可以保持较高的 力 学性能，属于金属材料技术领域。本发明所开发的变形镁合金各组分的重量百分比为：2－5％Al、0.1－0.7％Mn，其余为Mg9995。本发明所开发的变形镁合金可以进行高速挤压生产，挤压终了产品的晶粒细小且具有较高的力学性能，可以用于生产车窗 框架 、座椅骨架等 汽车 部件；还可以挤压成棒材，作为航空航天领域的零部件坯料。，下面是用于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种用于进行高速挤压的Mg-Al系变形镁合金，该合金在进行 高速挤压的同时可以保持较高的力学性能。属于金属材料技术领域。
背景技术
镁合金是密度最小的金属结构材料之一，被誉为“21世纪商用绿色环保和 生态金属结构材料”。近年来汽车工业的迅猛发展以及紧迫的汽车轻量化(节 能、安全、环保)要求使镁合金在汽车上的用量迅速增长。变形镁合金材料可 以提供尺寸多样的板、棒、型材及锻件产品，并且可以通过材料组织结构控制， 热处理工艺改进，获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可 以满足多样化结构件的要求，这刚好适合汽车中越来越多地采用压力加工产品 的特点。因此，变形镁合金及其制品将代表21世纪镁合金在汽车工业中更高层 次的应用方向，其应用领域可进一步扩大到航天航空、交通运输、电子器件、 体育、办公，尤其是军工领域，发展变形镁合金及其变形加工技术具有重要的 意义。
Mg-Al-Zn系合金是常用的商用变形镁合金，这与其可挤压性能高和良好的 综合力学性能是分不开的。Al元素在镁中有很大的室温固溶强化能力，如果需 要高的屈服强度，Al含量可以增加到8％左右。但是，在此合金系中，低的Al含量是经常所采用的，因为低的Al含量可以显著的提高其最大的可挤压速度， 以降低生产成本，其中AZ31合金的最大挤压速度可以达到20m/min，当Al含 量增大至8％，即AZ80合金，其最大挤压速度只有2m/min左右，生产成本很 高。因此，AZ31合金是目前最常用的商用变形镁合金。但是随着挤压速度的增 大，挤压过程中产生的温升也升高，而使得在模具出口处的温度急剧上升，这 样会造成挤压终了产品显著的晶粒长大(张青来，卢晨，丁文江，分流挤压镁 合金管材工艺研究，轻合金加工技术，2003，31(10)，28-30)。同时，AZ31 合金中的强化相只有Mg17Al12，由于其较低的高温稳定性，在挤压过程中会熔解 掉，并不能形成足够的钉扎以阻止晶粒的长大(袁广银，孙扬善，张为民，Bi对铸造镁合金组织和力学性能的影响，铸造，1998，5，p5-7)，使得挤压终了产 品的力学性能较低。要保持挤压终了产品较高的力学性能，则AZ31合金的挤压 速度不能大于10m/min，这就间接的增加了生产成本。
Mg-Al-Zn系合金是常用的商用变形镁合金，这与其可挤压性能高和良好的 综合力学性能是分不开的。Al元素在镁中有很大的室温固溶强化能力，如果需 要高的屈服强度，Al含量可以增加到8％左右。但是，在此合金系中，低的Al含量是经常所采用的，因为低的Al含量可以显著的提高其最大的可挤压速度， 以降低生产成本，其中AZ31合金的最大挤压速度可以达到20m/min，当Al含 量增大至8％，即AZ80合金，其最大挤压速度只有2m/min左右，生产成本很 高。因此，AZ31合金是目前最常用的商用变形镁合金。但是随着挤压速度的增 大，挤压过程中产生的温升也升高，而使得在模具出口处的温度急剧上升，这 样会造成挤压终了产品显著的晶粒长大(张青来，卢晨，丁文江，分流挤压镁 合金管材工艺研究，轻合金加工技术，2003，31(10)，28-30)。同时，AZ31 合金中的强化相只有Mg17Al12，由于其较低的高温稳定性，在挤压过程中会熔解 掉，并不能形成足够的钉扎以阻止晶粒的长大(袁广银，孙扬善，张为民，Bi对铸造镁合金组织和力学性能的影响，铸造，1998，5，p5-7)，使得挤压终了产 品的力学性能较低。要保持挤压终了产品较高的力学性能，则AZ31合金的挤压 速度不能大于10m/min，这就间接的增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于针对AZ31合金在高速挤压过程中的不足，提供一种用 于进行高速挤压的镁铝系变形镁合金，该变形镁合金可用于进行高速的挤压生 产，降低生产成本，挤压终了产品晶粒细小且具有较高力学性能。
本发明所开发的变形镁合金各组分的重量百分比为：2-5％Al、0.1-0.7％Mn， 其余为Mg9995。
Mg9995的成分参照GB/T 3499-2003，其中限制杂质元素Si≤0.01％、Ni≤0.001％、Cu≤0.002％、Fe≤0.003％。
本发明所开发的变形镁合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相 似，将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入纯镁锭(Mg9995)和纯铝 锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔 化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置 30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成实心圆铸锭。
本发明具有以下有益效果：
1、所开发的变形Mg-Al合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相 似，容易操作。
2、所开发的变形Mg-Al合金由于具有较低的Al含量，可以进行高速的挤 压生产，以降低生产成本。
3、所开发的变形Mg-Al合金由于其不含有Zn元素，使得合金基体中没有 低熔点的Mg17Al12相存在，而在高速挤压的过程中会析出细小弥散的Al-Mn合 金颗粒，这些Al-Mn合金颗粒具有较高的熔点(＞720℃)，在挤压过程中不会 熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉扎作用以阻止其长大，细小的晶粒 决定了其挤压终了产品具有较高的力学性能。
4、所开发的变形Mg-Al合金由于其在挤压后具有较高的力学性能，可以用 于生产车窗框架、座椅骨架等汽车部件；还可以挤压成棒材，作为航空航天领 域的零部件坯料。
附图说明
图1为本发明实施例的Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的SEM形貌和EDX分 析。
本发明所开发的变形镁合金各组分的重量百分比为：2-5％Al、0.1-0.7％Mn， 其余为Mg9995。
Mg9995的成分参照GB/T 3499-2003，其中限制杂质元素Si≤0.01％、Ni≤0.001％、Cu≤0.002％、Fe≤0.003％。
本发明所开发的变形镁合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相 似，将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入纯镁锭(Mg9995)和纯铝 锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔 化后，将合金液温度升至730～750℃，加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置 30～40分钟后，将合金液温度降至690～700℃浇涛成实心圆铸锭。
本发明具有以下有益效果：
1、所开发的变形Mg-Al合金锭的制备方法与常规镁合金锭的制备方法相 似，容易操作。
2、所开发的变形Mg-Al合金由于具有较低的Al含量，可以进行高速的挤 压生产，以降低生产成本。
3、所开发的变形Mg-Al合金由于其不含有Zn元素，使得合金基体中没有 低熔点的Mg17Al12相存在，而在高速挤压的过程中会析出细小弥散的Al-Mn合 金颗粒，这些Al-Mn合金颗粒具有较高的熔点(＞720℃)，在挤压过程中不会 熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉扎作用以阻止其长大，细小的晶粒 决定了其挤压终了产品具有较高的力学性能。
4、所开发的变形Mg-Al合金由于其在挤压后具有较高的力学性能，可以用 于生产车窗框架、座椅骨架等汽车部件；还可以挤压成棒材，作为航空航天领 域的零部件坯料。
附图说明
图1为本发明实施例的Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的SEM形貌和EDX分 析。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作详细描述。
实施例1
合金各组分的重量百分比为：2％Al、0.1％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-2Al-0.1Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量97.9％的纯镁锭 (Mg9995)和2％的纯铝锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入占总合金量0.1％、 预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃， 加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-2Al-0.1Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-2Al-0.1Mn 255 140 20 16
实施例2
合金各组分的重量百分比为：3％Al、0.3％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-3Al-0.3Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量96.7％的纯镁锭 (Mg9995)和3％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.3％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-3Al-0.3Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-3Al-0.3Mn 269 171 16 11
实施例3
合金各组分的重量百分比为：4％Al、0.5％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-4Al-0.5Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量95.5％的纯镁锭 (Mg9995)和4％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.5％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-4Al-0.5Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-4Al-0.5Mn 275 179 14 10
图1为Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的扫描电子显微镜(SEM)形貌和X-射线 电子衍射(EDX)分析。在高速挤压过程中会析出细小弥散的颗粒相(如图1(a) 所示)，由图1(c)可知，这些细小的颗粒相为Al-Mn相，Al-Mn相具有较高的熔 点(＞720℃)，在挤压过程中不会熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉 扎作用(如图1(b)所示)以阻止其长大。
实施例4
合金各组分的重量百分比为：5％Al、0.7％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-5Al-0.7Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量94.3％的纯镁锭 (Mg9995)和5％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.7％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-5Al-0.7Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-5Al-0.7Mn 285 185 10 10
实施例1
合金各组分的重量百分比为：2％Al、0.1％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-2Al-0.1Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量97.9％的纯镁锭 (Mg9995)和2％的纯铝锭，待纯镁锭和铝锭全部熔化后，加入占总合金量0.1％、 预热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃， 加入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-2Al-0.1Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-2Al-0.1Mn 255 140 20 16
实施例2
合金各组分的重量百分比为：3％Al、0.3％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-3Al-0.3Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量96.7％的纯镁锭 (Mg9995)和3％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.3％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-3Al-0.3Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-3Al-0.3Mn 269 171 16 11
实施例3
合金各组分的重量百分比为：4％Al、0.5％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-4Al-0.5Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量95.5％的纯镁锭 (Mg9995)和4％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.5％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-4Al-0.5Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-4Al-0.5Mn 275 179 14 10
图1为Mg-4Al-0.5Mn合金挤压后的扫描电子显微镜(SEM)形貌和X-射线 电子衍射(EDX)分析。在高速挤压过程中会析出细小弥散的颗粒相(如图1(a) 所示)，由图1(c)可知，这些细小的颗粒相为Al-Mn相，Al-Mn相具有较高的熔 点(＞720℃)，在挤压过程中不会熔解掉，能够对挤压后的晶粒起到足够的钉 扎作用(如图1(b)所示)以阻止其长大。
实施例4
合金各组分的重量百分比为：5％Al、0.7％Mn，其余为Mg9995，将此成分 的合金命名为Mg-5Al-0.7Mn合金。
将工业用镁合金熔炼炉加热至400～500℃，加入占总合金量94.3％的纯镁锭 (Mg9995)和5％的纯铝锭，待纯镁锭全部熔化后，加入占总合金量0.7％、预 热至200℃左右的纯Mn，合金全部熔化后，将合金液温度升至730～750℃，加 入镁合金精炼剂进行精炼，保温静置30～40分钟后，将合金液温度降至690～700 ℃浇涛成Ф100mm的实心圆铸锭。
Mg-5Al-0.7Mn合金在420℃进行挤压，挤压速度为15m/min时，其挤压终 了产品的力学性能如下表所示： 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 晶粒尺寸/μm AZ31 260 135 18 35 Mg-5Al-0.7Mn 285 185 10 10
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