一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法，是針對(duì)鎂鋰合金強(qiáng)度低、耐熱性能差、力學(xué)性能不穩(wěn)定的情況，先制備鋁硅共晶合金、鎂鋁鈣共晶合金，通過高頻感應(yīng)加熱熔煉、真空吸鑄，制備鎂鋰鋁鈣硅合金錠，經(jīng)輥軋機(jī)軋制，制成鎂鋰鋁鈣硅合金板，此制備方法工藝先進(jìn)，數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，增強(qiáng)顆粒尺寸≤200nm，均勻分布于合金β-Li基體中，α-Mg晶粒細(xì)化≤10μm，合金屈服強(qiáng)度為298Mpa、抗拉強(qiáng)度為320Mpa、伸長率達(dá)到7％，提高了鎂鋰鋁鈣硅合金板的力學(xué)性能，擴(kuò)大了使用范圍，是十分理想的鎂鋰鋁鈣硅合金板的增強(qiáng)制備方法。
【專利說明】一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法，屬有色金屬增強(qiáng)制備及應(yīng)用的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]鎂鋰合金是一種有色輕金屬結(jié)構(gòu)材料，具有質(zhì)輕、高比強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，在航空、航天、電子工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；但鎂鋰合金強(qiáng)度低、力學(xué)性能不穩(wěn)定、耐熱性能差，難以滿足承載零件的力學(xué)性能要求，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍；目前，鎂鋰合金的增強(qiáng)方法有:合金化法，Al、Zn、Ag、Cu、Sc、Y和稀土元素可以有效細(xì)化晶粒，通過固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化增強(qiáng)鎂鋰合金的強(qiáng)度；細(xì)晶增強(qiáng)法，控制冷卻速度、加入RE、Ca、Zr、Mn晶粒細(xì)化劑，進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓細(xì)化，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化效果；然而，由于缺乏有效的強(qiáng)化相，合金化法和細(xì)晶增強(qiáng)法均難以使鎂鋰合金的強(qiáng)度達(dá)到200MPa。
[0003]鈣由于能夠與鎂、鋁元素形成類似稀土的Laves相:Mg2Ca、Al2Ca, (Mg，Al)2Ca，成本低廉，密度低，是鎂合金中極具潛力的強(qiáng)化相，但由于鈣化合物主要以共晶骨骼狀存在于晶界或相界，易惡化合金力學(xué)性能，因此鎂鋰合金中鈣的添加量受到極大的限制，產(chǎn)生的強(qiáng)化效果不明顯；而鎂硅相雖能顯著提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，但其粗大的結(jié)構(gòu)割裂基體，對(duì)力學(xué)性能不利，同時(shí)大量添加對(duì)合金的耐腐蝕性造成極大的危害；因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂鋰合金的有效強(qiáng)化，強(qiáng)化相顆粒要< I μ m,同時(shí)控制分布狀況，避免粗大的強(qiáng)化相在界面存在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的
[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】的狀況，采用在鎂鋰合金中添加鎂鋁鈣共晶合金、鋁硅共晶合金，結(jié)合軋制變形，使鎂鋰合金基體組織細(xì)化，增強(qiáng)鎂鋰合金的強(qiáng)度、韌性和耐熱性，制成鎂鋰鋁鈣硅合金板，擴(kuò)大鎂鋰合金的使用范圍。
[0006]技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明使用的化學(xué)物材料為:鎂塊、鋰塊、鋁塊、鎂鈣合金塊、硅塊、丙酮、氬氣、砂紙，其準(zhǔn)備用量如下:以毫米、克、毫升、厘米3為計(jì)量單位
[0008]

【權(quán)利要求】
1.一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法，其特征在于: 使用的化學(xué)物材料為:鎂塊、鋰塊、鋁塊、鎂鈣合金塊、硅塊、丙酮、氬氣、砂紙，其準(zhǔn)備用量如下:以毫米、克、毫升、厘米3為計(jì)量單位
制備方法如下: (1)制備鋁硅共晶合金塊 制備鋁硅共晶合金是在真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行的，是在加熱爐熔煉、氬氣保護(hù)下完成的； ①稱取鋁塊26.22g±0.01g、硅塊3.78g±0.01g，加入真空感應(yīng)熔煉爐的熔煉坩堝中，并密閉； ②抽取真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)≤0.01MPa ； ③向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)輸入氬氣，氬氣輸入速度為80cm3/min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)保持在.0.1MPa ； ④開啟真空感應(yīng)熔煉爐加熱器，加熱鋁塊、硅塊，加熱溫度740°C±2°C，在此溫度恒溫、保溫、熔煉5min，成鋁硅共晶熔液； ⑤熔煉后關(guān)閉加熱器，使鋁硅共晶熔液隨爐冷卻至25°C，冷卻后成鋁硅共晶合金塊； ⑥開啟真空感應(yīng)熔煉爐，取出熔煉坩堝及其內(nèi)的鋁硅共晶合金塊； ⑦清理、清洗鋁硅共晶合金塊表面，用砂紙打磨鋁硅共晶合金塊表面，去除表面氧化層；然后用丙酮清洗，清洗后晾干； (2)制備鎂鋁鈣共晶合金塊 制備鎂鋁鈣共晶合金塊是在真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行的，是在加熱爐熔煉、氬氣保護(hù)下完成的； ①稱取鎂塊8.64g±0.01g、鋁塊2g±0.01g，鎂鈣合金塊15g±0.01g，加入真空感應(yīng)熔煉爐的熔煉坩堝中，并密閉； ②抽取真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)<0.01MPa ； ③向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)輸入氬氣，氬氣輸入速度為80cm3/min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)保持在0.1MPa ； ④開啟真空感應(yīng)熔煉爐加熱器，加熱鎂塊、鋁塊、鎂鈣合金塊，加熱溫度710°C±2°C，在此溫度恒溫、保溫、熔煉5min，成鎂鋁鈣共晶熔液； ⑤熔煉后關(guān)閉加熱器，使共晶熔液隨爐冷卻至25°C，冷卻后成鎂鋁鈣共晶合金塊； ⑥開啟真空感應(yīng)熔煉爐，取出熔煉坩堝及其內(nèi)的鎂鋁鈣共晶合金塊； ⑦清理、清洗鎂鋁鈣共晶合金塊表面，用砂紙打磨鎂鋁鈣共晶合金塊表面，去除表面氧化層；然后用丙酮清洗，清洗后晾干； (3)制備開合式模具 開合式模具呈矩形，用黃銅材料制作，模具型腔尺寸為12mmX6mmX80mm，型腔表面粗糙度為 Ra0.08-0.16 μ m ; (4)制備增強(qiáng)型鎂鋰鋁鈣硅合金塊 增強(qiáng)型鎂鋰鋁鈣硅合金塊的制備是在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的，是在加熱熔煉、氬氣保護(hù)、外水循環(huán)冷卻、銅模吸鑄下完成的； ①稱取鎂塊18.64g±0.01g、鋰塊2.34g±0.01g、鋁硅共晶合金塊2.06g±0.01g、鎂鋁鈣共晶合金塊4.33g±0. 01g，加入真空感應(yīng)熔煉爐的熔煉坩堝中，并密閉； ②關(guān)閉真空感應(yīng)熔煉爐，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)<0.01MPa ； ③向真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)輸入氬氣，氬氣輸入速度為80cm3/min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)保持在0.1MPa ； ④開啟真空感應(yīng)熔煉爐的高頻感應(yīng)加熱機(jī)，加熱溫度710°C±2°C，在此溫度恒溫、保溫、熔煉5min，成鎂鋰鋁鈣硅合金熔液； ⑤開啟真空感應(yīng)熔煉爐的負(fù)壓控制器，將熔煉坩堝內(nèi)的鎂鋰鋁鈣硅合金熔液抽吸到開合式模具內(nèi)； ⑥關(guān)閉真空感應(yīng)熔煉爐的高頻感應(yīng)加熱機(jī)，關(guān)閉氬氣瓶，使開合式模具內(nèi)的鎂鋰鋁鈣硅合金熔液隨爐冷卻至25°C，冷卻后成鎂鋰鋁鈣硅合金錠； ⑦開模，打開開合式模具，取出鎂鋰鋁鈣硅合金錠； ⑧用砂紙打磨鎂鋰鋁鈣硅合金錠各面，使其光潔； ⑨用丙酮清洗表面，清洗后晾干； (5)軋制成形 鎂鋰鋁鈣硅合金錠的軋制是在立式輥軋機(jī)上進(jìn)行的，是在加熱、軋輥相向施壓狀態(tài)下完成的； ①將立式輥軋機(jī)上、下軋輥分別加熱至150°C，并保溫； ②將鎂鋰鋁鈣硅合金錠置于輥軋機(jī)的上軋輥和下軋輥之間，調(diào)整好輥軋距離； ③開啟上軋輥的施壓電機(jī)和下軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，下軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎蝽槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榉聪蚰鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由左向右軋制； ④加熱軋制進(jìn)行五道次，軋制后成鎂鋰鋁鈣硅合金板； (6)檢測(cè)、分析、表征 對(duì)制備的鎂鋰鋁鈣硅合金板的微觀組織、化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征； 用掃描電子顯微鏡、能譜儀和X射線衍射儀進(jìn)行微觀組織和化學(xué)成分分析； 用萬能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試；結(jié)論:鎂鋰鋁鈣硅合金板的組織細(xì)小均勻，增強(qiáng)顆粒尺寸≤200nm，均勻分布于合金β -Li基體中；α -Mg晶粒細(xì)化≤10 μ m，合金屈服強(qiáng)度為298Mpa、抗拉強(qiáng)度為320Mpa、伸長率達(dá)到7%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法，其特征在于: 鎂鋰鋁鈣硅合金錠的制備是在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的，是在外水循環(huán)冷卻下，用銅模吸鑄法，經(jīng)輸入氬氣、熔煉鎂鋰鋁鈣硅熔液、負(fù)壓吸入銅模，制成鎂鋰鋁鈣硅合金錠； 真空感應(yīng)熔煉爐為立式，由爐架(1)、爐座(2)、第一左立柱(3)、第一右立柱(4)組成整體支撐結(jié)構(gòu)；在爐架(1)的中間位置設(shè)有石英爐體(5)，在石英爐體(5)的外部設(shè)有外水循環(huán)冷卻管(6)，在石英爐體(5)的內(nèi)部置放熔煉坩堝(7)，熔煉坩堝(7)內(nèi)為鎂鋰鋁鈣硅合金液(8)，石英爐體(5)內(nèi)由氬氣(16)填充；在石英爐體(5)的下部設(shè)有真空室(9)，真空室(9)右下部設(shè)有真空管(11)，并聯(lián)接真空閥(12)、真空泵(10);在真空室(9)右上部設(shè)有氬氣管(14)，并通過氬氣閥(15)連接氬氣瓶(13);在真空室(9)下部設(shè)有加熱管(24)，加熱管(24)左部連接高頻感應(yīng)加熱機(jī)(23);真空室(9)上部與熱通道(25)、石英爐體(5)聯(lián)通；真空室(9)內(nèi)由氬氣(16)充填；熔煉坩堝(7)的上部設(shè)有吸管(26)，吸管(26)與上爐體(17)聯(lián)通，上爐體(17)內(nèi)設(shè)有墊塊(18)、銅模具(20)、電磁開關(guān)閥(19);上爐體(17)上部為爐體蓋(21)，爐體蓋(21)上部設(shè)有負(fù)壓控制器(22)，銅模具(20)內(nèi)為鎂鋰鋁鈣硅合金液⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顆粒增強(qiáng)鎂鋰鋁鈣硅合金板的制備方法，其特征在于: 鎂鋰鋁鈣硅合金板的 軋制是在立式輥軋機(jī)上進(jìn)行的，是在加熱、軋輥施壓過程中完成的； 立式輥軋機(jī)的下部為底座(42)，上部為頂座(26)，底座(42)與頂座(26)之間由第二左立柱(27)、第二右立柱(28)支撐；在頂座(26)的上部設(shè)有施壓電機(jī)(29);在底座(42)的上部設(shè)有工作臺(tái)(31)，在工作臺(tái)(31)上部設(shè)置下軋輥加熱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(32)，下軋輥加熱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(32)上部為下軋輥(33);在頂座(26)的下部設(shè)有上軋輥加熱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)，上軋輥加熱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)下部為上軋輥(34);在頂座(26)與上軋輥加熱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)之間設(shè)有調(diào)節(jié)手柄(30);在下軋輥(33)、上軋輥(34)之間置放鎂鋰鋁鈣硅合金板(36);下軋輥(33)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針，上軋輥(34)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，鎂鋰鋁鈣硅合金板(36)的輥軋方向?yàn)橛勺笙蛴臆堉啤?br> 【文檔編號(hào)】C22C1/02GK104178679SQ201410387853
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】邊麗萍, 陳 光, 梁偉, 劉一嗚, 楊福前, 張金山, 趙興國, 孟棫樸 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)