[发明专利]一种对镁合金晶粒进行锆细化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金凝固组织的细化工艺方法，具体的说，涉及的是一种镁合金晶粒锆细化方法。

背景技术

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、机加工性能优良等优点，在汽车、国防军工、航空、航天、电子等工业领域有着十分广泛的应用前景。镁是地球上储量最丰富的元素之一，而我国是镁资源和镁合金生产大国，占全球产量的40％，被誉为“镁的资源大国、生产大国、出口大国”。但镁合金是密排六方(HCP)晶体结构，室温下只有3个独立的滑移系，镁合金的塑性变形能力较差，其晶粒大小对力学性能的影响十分显著。镁合金结晶温度范围较宽，热导率较低，体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，凝固过程中易产生缩松、热裂等缺陷。因此，为了改善镁合金的力学性能，减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷，可通过细化晶粒来调整材料的组织和性能，改善镁合金的强韧性和塑性变形能力。

按照镁合金的相状态，细化领域可分为液态细化、半固态细化、固态细化和非平衡细化。(1)液态细化主要是指，铸造时加入细化元素、晶粒细化剂；或借助外部能量使枝晶破碎或促进形核，如超声、脉冲电流；浇铸采用快速冷却等；(2)半固态成形细化，是利用半固态区间的细小球形晶粒组织；(3)固态细化，即铸锭进行大塑性变形(SPD)处理，如等通道挤压(ECAE)和轧制等；(4)非平衡细化：是指偏离平衡状态的情况，如快速凝固、甩带、粉末冶金等。其中，液态细化是最基础的环节。

镁合金铸造过程中添加有效的晶粒细化剂是非常基础的环节，除含Al、Mn、Si、Fe等元素的镁合金外(锆会与它们反应而失效)，镁合金中一般都添加锆以细化晶粒，可以减小热裂倾向、提高组织均匀性，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性、耐蚀性，可以说，锆(Zr)是镁合金最有效的细化剂之一。常用的锆加入方法包括：(1)使用不同形式的金属Zr；(2)使用海绵Zr；(3)使用Zn-Zr中间合金，适合于含Zn的镁合金；(4)使用ZrO2；(5)使用某种Zr的卤盐，或是卤盐与其他盐的混合物；(6)使用Mg-Zr中间合金。目前主要是以二元Mg-Zr中间合金的形式加入，Mg-Zr中间合金的生产方法主要有锆粉与镁对掺法(掺熔法)、液态镁阴极电解法、镁还原ZrCl4法和镁还原K2ZrF6法。经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利号为ZL200410020594.9的专利公开了一种镁锆中间合金的生产方法，生产工艺简单，操作容易。不过，该镁锆中间合金的生产方法需要将还原炉抽真空并加入惰性气体，质量难以控制，合金杂质偏高；同时，该铸态镁锆中间合金晶粒粗大，锆分布不均匀，当锆加入镁合金中呈固态，难于溶解，且锆在镁合金中分布不均匀，细化效果较差；加之和镁液比重差大，易于沉淀或形成比重偏析。上述问题的存在导致在实际生产中大量稀有金属Zr的浪费，提高了合金铸造成本，成为获得稳定晶粒细化效果的瓶颈。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镁合金晶粒锆细化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种对镁合金晶粒进行锆细化的方法，其包括如下步骤：

a、将锆氟酸钾或四氯化锆和镁锭分别进行烘干后，在NaCl和KCl的混合熔盐体系的保护下，于900～1300℃进行还原反应35～45min后，在10～15kg/min的浇铸速度、1040～1070℃的浇铸温度、200～400Hz的电磁振动频率下浇铸4～5min，得到镁锆中间合金锭；

b、将所述镁锆中间合金锭进行预变形处理，得到镁锆中间合金细化剂；

c、将镁合金原料进行熔炼后，在750～780℃下加入所述镁锆中间合金细化剂，撇去表面浮渣后，进行搅拌、扒渣、去皮处理即可。

作为优选方案，所述镁锭：四氯化锆：NaCl：KCl的重量比为1：(1～2)：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。优选地，所述镁锭：锆氟酸钾：NaCl：KCl的重量比为1：(1～1.8)：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

作为优选方案，步骤b中所述预变形处理方法为挤压或轧制。

作为优选方案，所述挤压的方法为将所述镁锆中间合金在300～400℃下预热2～3h后，于300～500℃下，以8～30的挤压比进行挤压。

作为优选方案，所述轧制的方法为将所述镁锆中间合金在450～550℃的温度下预热2～3h后，于300～500℃下，以4～15道次进行轧制。

作为优选方案，步骤c中所述的搅拌时间为3～6min。