[发明专利]AZ31镁合金的晶粒细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种AZ31镁合金的晶粒细化方法，属于金属冶炼领域。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，它具有低密度、高比强度、高比刚度、良好的抗振性能，良好的电磁屏蔽性能、优良的铸造性能及机械加工性能，在汽车、交通、航空等领域得到了越来越多的应用。但是由于镁具有密排六方的晶格结构，造成镁合金的塑性变形性能力较差，极大地限制了镁合金的应用范围。晶粒细化技术作为改善镁合金塑性变形能力的有效手段，一直是镁合金的应用开发领域的研究热点。

AZ31属于Mg-Al系合金，是目前使用最广泛的变形镁合金。对于Mg-Al系合金的晶粒细化，目前应用最多的是碳质孕育法：即向合金熔体中添加碳或碳化物，孕育一段时间后进行浇注获得细小晶粒的方法。常用的含碳的细化剂是六氯乙烷(C₂Cl₆)和菱镁矿(MgCO₃)。其中C₂Cl₆与MgCO₃在工业中最为广泛。但C₂Cl₆在使用过程中会释放出大量氯气，严重腐蚀设备，损害操作人员健康；MgCO₃的细化效果不及C₂Cl₆，且细化效果不稳定，容易造成气孔、夹渣等铸造缺陷。

Mg-Al系合金晶粒细化技术的相关专利引述如下：

(1)专利[200410017862]公开了一种高强度高塑性Mg-Al基镁合金。该发明通过在镁合金中加入少量的Ti，明显细化Mg-Al基镁合金的晶粒，有效改善Mg17Al12相的形态和分布，从而达到提高镁合金强度的目的。

(2)专利[200410044836]公开了一种镁或镁合金用晶粒细化剂，晶粒细化剂由铝粉和碳粉组成，其质量配比为3∶1～6∶1。

(3)专利[200510024186]发明了一种Mg-Al系镁合金的晶粒细化剂及其制备方法，细化剂的组分及重量百分比为：Al：90～95％，Ti：3.0～5.0％，B：1.0～5.0％，Sr：0.5～1.0％。

(4)专利[200710053530]提供一种镁及镁合金复合晶粒细化剂及其制备方法。细化剂的化学成分为(重量百分比)：Al：15～37.5％，C：5～12.5％，Ce：5～20％，余量为Mg。

(5)专利[200910060406]提供一种镁及镁合金用晶粒细化剂制备方法。所述细化剂的化学成分为(重量百分比)：Ti：13.78～55.10％，B：6.22～22.90％，余量为镁。

(6)专利[200910021711]提供一种AZ91D镁合金晶粒细化的方法。该方法是将SiC粉末和镁粉按质量比为1∶1组成的细化剂加入AZ91D熔体中，然后在700～710℃的温度下进行浇注，获得晶粒细化效果。

综上，在整个Mg-Al系合金中还不存在一种高效、环保的晶粒细化剂和细化工艺。因此，若能开发一种高效、环保的晶粒细化工艺，将极大的拓展镁合金的应用领域，具有重要的经济和社会效益。

发明内容

Fe是Mg-Al系合金中常见的有害杂质元素，会显著的降低镁合金的耐腐蚀性能。因此在生产实践中，镁合金中的Fe含量通常会控制在0.01％以下。但是另一方面，Fe会和熔体中的Mn、Al反应生成Al₈(Mn，Fe)₅或Al-Mn形核核心，能够有效的细化镁合金的晶粒尺寸。

利用镁合金中Mn、Fe元素的上述特征，本发明的目的在于提出一种高效、环保的AZ31合金的晶粒细化方法，其原理是在不降低耐腐特性的前提下，通过调控AZ31合金中的Mn、Fe元素的质量配比达到细化晶粒的目的。

一种AZ31合金的晶粒细化方法，经过下列各工艺步骤：

(1)熔炼AZ31合金；

(2)测定步骤(1)所得AZ31熔体中的Mn、Fe含量；

(3)依据步骤(2)的检测结果，将Al-20Mn中间合金添加到步骤(1)所得熔体中，调节Mn、Fe的含量；

(4)保温，使Fe、Mn充分扩散在熔体中；

(5)熔体浇注，即可获得具有细小等轴晶粒的AZ31合金铸锭。

所述步骤(3)调节熔体中Mn、Fe含量时：

当步骤(2)中的检测结果中Fe的质量百分含量为0.001％～0.005％时，添加Al-20Mn中间合金，使Mn的质量百分含量为0.1％～0.15％；