[发明专利]一种镁锡锌铝钛合金锭的制备方法

权利要求书

1.一种镁锡锌铝钛合金锭的制备方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：镁、锡、锌、铝、钛、石墨、凡士林、无水乙醇、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量、体积纯度控制：

(2)制备开合式模具

开合式模具用不锈钢材料制作，模具型腔尺寸为125mm×35mm×20mm，模具型腔表面粗糙度R_a≤0.08-0.16μm；

(3)配制等径角挤压润滑剂

称取石墨20g±0.001g，量取凡士林30mL±1mL，加入烧杯中，搅拌10min，成粘稠状石墨润滑剂；

(4)熔炼镁锡锌铝钛合金熔液

镁锡锌铝钛合金熔液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热熔炼、抽真空、氩气保护下完成的；

①配置镁锡锌铝钛合金粉

称取镁粉335.96g±0.001g、锡粉32g±0.001g、锌粉24g±0.001g、铝粉8g±0.001g、钛粉0.04g±0.001g，加入石英容器中，搅拌混合10min，成镁锡锌铝钛合金粉；

其组合配比为：镁：锡：锌：铝：钛＝83.99：8：6：2：0.01；

②清理真空熔炼炉

打开真空熔炼炉，清理炉腔及熔炼坩埚，使其洁净；

③置放镁锡锌铝钛合金粉

将配制的镁锡锌铝钛合金粉置于熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；

④抽取炉内空气

开启真空熔炼炉的真空泵，抽去炉腔内空气，使炉腔内压强达100Pa；

⑤向炉腔输入氩气

开启氩气瓶，向真空熔炼炉炉腔内输入氩气，氩气输入速度200cm³/min，使炉腔内压强稳定在1×10⁵Pa；

⑥加热、熔炼

开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的镁锡锌铝钛合金粉；

加热温度710℃±2℃，加热时间30min，加热后，成镁锡锌铝钛合金熔液；

镁锡锌铝钛混合细粉在加热熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：

式中：α-Mg:纯镁相；Mg₂Sn：镁锡相；Mg₄₂Zn₄₅Al₁₃：镁铝锌相；Ti：纯钛相，异质形核相；

⑦浇注

熔炼后，开启真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准开合式模具浇口进行浇注，浇注后密闭浇口；

⑧冷却

将浇注后的模具及其内的铸件埋入细砂中，自然冷却至25℃；

⑨脱模

开启开合式模具，取出铸件，即镁锡锌铝钛铸锭；

⑩修整、清理、打磨、清洗

将镁锡锌铝钛铸锭置于钢质平板上，用机械进行修整、清理，成125mm×35mm×20mm合金锭；

然后用砂纸打磨合金锭各表面，用无水乙醇进行清洗，使其洁净；

(5)均质化处理镁锡锌铝钛铸锭

镁锡锌铝钛铸锭的均质化处理是在热处理炉内进行的，是在阶梯加热过程中完成的；

①将镁锡锌铝钛铸锭置于热处理炉内，密闭；

②开启加热炉，进行第一级加热，加热温度350℃±2℃，加热时间150min；

③继续升温，进行第二级加热，加热温度460℃±2℃，加热时间720min；

④冷却，均质化处理后，将镁锡锌铝钛铸锭置于水冷槽内，水冷槽水温25℃，快速冷却至25℃；

⑤时效处理

将镁锡锌铝钛铸锭置于热处理炉内，进行时效处理，第一级时效处理温度105℃±5℃，时效处理时间22h；第二级时效处理温度200℃±5℃，时效处理时间170h；

时效处理后，将镁锡锌铝钛铸锭置于水冷槽内，水冷槽水温25℃，快速冷却至25℃；

⑥清理、清洗镁锡锌铝钛铸锭表面

将均质化处理、时效处理的镁锡锌铝钛铸锭置于钢质平板上，用砂纸对其表面及周边进行打磨，用无水乙醇进行清洗，使表面光洁、洁净；

(6)等径角挤压镁锡锌铝钛合金锭

镁锡锌铝钛铸锭的等径角挤压是在挤压机上进行的，是在等径角挤压模具内完成的；

①制备等径角挤压模具

等径角挤压模具是用铬钨锰钢制造的，由等径角挤压模具、挤压棒组成，等径角挤压模具的L形挤压型腔表面粗糙度R_a≤0.08-0.16μm；挤压棒表面粗糙度R_a≤0.08-0.16μm；

②将等径角挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，挤压棒垂直对准L形挤压型腔的垂直型腔，挤压棒与L型挤压型腔的垂直型腔的同轴度≤0.001mm；

③将配制的石墨润滑剂加入L形挤压型腔内，加入量为3mL；

④预热处理镁锡锌铝钛铸锭

将镁锡锌铝钛铸锭置于加热炉中，进行预热，预热温度270℃±5℃，预热时间15min；

⑤将镁锡锌铝钛铸锭垂直置于等径角挤压模具上部的进料口；

挤压棒对准镁锡锌铝钛铸锭垂直施压，施压压力8MPa，施压速度0.04-0.12mm/s；

镁锡锌铝钛铸锭变形挤压后由出料口脱出，即完成了第一道次挤压；

镁锡锌铝钛铸锭的等径角挤压重复进行四次；

挤压后为终产物镁锡锌铝钛合金锭；

(7)清洗

将挤压后的镁锡锌铝钛合金锭用无水乙醇清洗，使表面洁净；

(8)检测、分析、表征

对制备的镁锡锌铝钛合金锭的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行金相组织观察分析；

用显微硬度计进行显微硬度分析；

用材料试验机进行拉伸性能分析；

结论：镁锡锌铝钛合金锭为银白色长条状，金相组织致密性好，显微硬度达75-89HV，拉伸屈服强度达230-275MPa、抗拉强度达285-365MPa、伸长率达16-21.5％；

(9)储存

制备的镁锡锌铝钛合金锭用软质材料包装，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％；

所述的镁锡锌铝钛合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、熔炼、抽真空、氩气保护下完成的；真空熔炼炉为立式，真空熔炼炉(1)的下部为炉座(2)，内部为炉腔(3)，在炉腔(3)的内底部设有工作台(6)，在工作台(6)的上部置放熔炼坩埚(7)，在熔炼坩埚(7)外部为中频感应加热器(8)，熔炼坩埚(7)内为镁锡锌铝钛合金熔液(9)，在真空熔炼炉(1)的右上部设有出气管(4)、出气阀(5)，在炉座(2)的右下部设有真空泵(11)，真空泵(11)下连接真空管(12)，真空管(12)伸入炉腔(3)内；炉腔(3)内由氩气(10)充填；在真空熔炼炉(1)的右部设有电控箱(13)，在电控箱(13)上设有显示屏(14)、指示灯(15)、电源开关(16)、中频感应加热调控器(17)、真空泵调控器(18)，电控箱(13)通过屏蔽电缆(19)与中频感应加热器(8)连接，电控箱(13)通过导线(20)与真空泵(11)连接；在真空熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(21)，氩气瓶(21)上部设有氩气管(22)、氩气阀(23)，并向炉腔(3)内输入氩气(10)；

所述的等径角挤压模具(24)为矩形体，在等径角挤压模具(24)的中间部位设有L形挤压型腔(25)，L形挤压型腔(25)上部为进料口(26)、右侧部为出料口(27)；在进料口(26)内垂直置放镁锡锌铝钛合金锭(29)，并由挤压棒(28)垂直向下挤压，镁锡锌铝钛合金锭(29)在L形挤压型腔(25)内进行塑性变形，并由出料口(27)挤出，等径角挤压重复进行四次；L形挤压型腔(25)的挤压变形角度为90°。