[发明专利]一种镁锡锌铝钛合金锭的制备方法

摘要

本发明涉及一种镁锡锌铝钛合金锭的制备方法，针对镁及镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性能差的情况，将镁与同属有色金属的锡、锌、铝、钛进行混合，经真空熔炼、均质化处理、等径角挤压，制成镁锡锌铝钛合金锭，本制备方法工艺先进，数据精确翔实，产物为银白色长条状，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％，是十分先进的制备镁锡锌铝钛合金锭的方法。

主权项

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Ra≤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Ra≤0.08‑0.16μm；挤压棒表面粗糙度Ra≤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°。