[发明专利]一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法

权利要求书

1.一种高强度微合金化镁合金锭的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、钙、镁钕中间合金、镁钆中间合金、无水乙醇、二氧化碳，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位，

镁：Mg，1000g±0.01g

锌：Zn，32.40g±0.01g

钙：Ca，5.40g±0.01g

镁钆中间合金：Mg₄₇Gd₃，28.80g±0.01g

镁钕中间合金：Mg₉Nd，13.5g±0.01g

无水乙醇：C₂H₅OH，5000mL±10mL

二氧化碳：CO₂，300000cm³±100cm³

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

镁：固态块体 99.9％

锌：固态固体 99.9％

钙：固态固体 99.9％

镁钆中间合金：固态固体 99.9％

镁钕中间合金：固态固体 99.9％

无水乙醇：液态液体 99.7％

二氧化碳：气态气体 99.7％

(2)热处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金

将镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金置于真空干燥箱中，进行预热干燥处理，干燥温度105℃，真空度10Pa，干燥时间90min；

(3)熔炼、铸制镁合金锭

镁合金锭的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热熔炼、超声 波搅拌器搅拌、二氧化碳气体保护下完成的；

①预制不锈钢模具

铸制镁合金锭的开合式模具是用不锈钢材料制造的，模具型腔为矩形，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②清理熔炼坩埚

熔炼使用的坩埚要用金属铲、金属刷进行清理，然后用无水乙醇进行清洗，使坩埚内洁净；

③将镁、锌、钙、镁钆中间合金、镁钕中间合金按准备用量加入熔炼坩埚内；

④将超声波搅拌器垂直置于熔炼坩埚内，并固定；

⑤关闭真空熔炼炉，并密闭；

⑥开启真空泵，抽取真空熔炼炉内空气，使炉内压强达8Pa；

⑦开启二氧化碳气体瓶，向真空熔炼炉内输入二氧化碳气体，二氧化碳输入速度200cm³/min，使炉内压强恒定在0.1Mpa；

⑧开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的化学物质，加热温度720℃±2℃，加热熔炼时间40min；

同时开启超声波搅拌器，搅拌熔炼坩埚内的合金熔液，超声波搅拌器频率30KHz；

熔炼后成合金熔液；

化学物质在加热、熔炼、超声波搅拌、二氧化碳气体保护下将发生合金化反应，反应方程式如下：

Mg_98.3Zn_1.2Ca_0.3Gd_0.1Nd_0.1：镁锌钙钆钕合金

熔炼后，合金化熔液静置10min；

⑨浇铸

将预制好的不锈钢模具进行预热，预热温度400℃，预热时间60min；

将合金化熔液对准不锈钢模具浇口进行浇铸，浇满为止；

浇铸后将不锈钢模具静止冷却至25℃；

⑩开模

打开开合式模具，取出铸锭，铸锭尺寸为30mm×30mm×60mm；

(4)多向锻压变形

①制备锻模

锻模用工具钢制作，锻模型腔为通槽式，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，锻模型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②将铸锭置于钢质平板上，用机械修整铸锭周边及正反表面，使各面平整；

③将休整后的铸锭置于预热炉中进行预热，预热温度350℃；

④将预热后的铸锭装入锻模中；

⑤将装有铸锭的锻模置于锻压机工作台上，开启锻压机上部的锻锤，对准锻模内的铸锭进行锻压，锻锤冲程频率10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；

将锻模内的铸锭进行翻转，继续进行锻压，锻锤冲程频率为10次/min，锻压压强80Mpa，锻压时间10min；

将铸锭按上下、左右翻转锻压，重复进行5次；

⑥锻压后脱膜，成镁合金锭；

(5)固溶处理

镁合金锭的固溶处理是在热处理炉中进行的，是在阶梯加热过程中完成的；

①将镁合金锭置于热处理炉中进行加热固溶，加热温度350℃，加热时间20h；

②将热处理炉中的加热温度升至520℃，继续加热固溶3h；

③加热固溶后停止加热，使镁合金锭随炉冷却至25℃；

(6)低速挤压

镁合金锭的低速挤压是在立式挤压机上进行的，是在低温加热、挤压模具 内、低速施压过程中完成的；

①制备挤压模具

挤压模具用工具钢材料制作，模具型腔为矩形体，成30mm×30mm×60mm；型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②预热镁合金锭，预热温度300℃；

③将挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，在挤压模具内置放挤压垫块，在挤压垫块上部置放镁合金锭，在镁合金锭上部置放上压块，上压块上部由挤压机的上压头垂直挤压；

低温加热温度300℃，挤压压强600Mpa，低速挤压速度6mm/min；

挤压后为高强度微合金化镁合金锭；

(7)冷却

低速挤压后将镁合金锭置于真空冷却炉中，在二氧化碳气体保护下冷却至25℃；

(8)清理、清洁

将冷却后的镁合金锭置于钢质平板上，用砂纸打磨镁合金锭周边及正反表面；

然后用无水乙醇清洗，使镁合金锭周边及正反表面洁净；

(9)检测、分析、表征

对制备的高强度微合金化镁合金锭的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用扫描电子显微镜进行显微组织形貌分析；

用X射线衍射仪进行物相分析；

结论：高强度微合金化镁合金锭为银灰色块状，镁合金锭晶粒尺寸≤0.98μm，屈服强度达327Mpa，抗拉强度达372Mpa，延伸率为7.7％，产物纯度达99.5％；

(10)产物储存

对制备的高强度微合金化镁合金锭用软质材料包装，储存阴凉洁净环境， 要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对温度≤10％。