非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著汽車與航空航天輕量化的加速，對(duì)合金材料的性能要求更加苛刻，如對(duì)汽車零件與航空零件設(shè)計(jì)時(shí)要求有高的屈服強(qiáng)度，在變形時(shí)要求有高的延伸率、優(yōu)良的沖擊韌性及良好的耐磨性能與疲勞性能。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上汽車用材料已經(jīng)大規(guī)模使用鋁合金，但是普通鋁合金無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車業(yè)與航空航天業(yè)的需求，例如目前市場(chǎng)上鋁鎂材料存在力學(xué)性能和切削加工性能較差等缺點(diǎn)，且絕大部分的鋁合金制備均是通過(guò)熱處理完成的，成本消耗巨大，這就對(duì)合金材料及其制備工藝提出了更高的要求。因此有必要開(kāi)發(fā)出一種鑄造性能(包括精密壓鑄，鍛造，擠壓變形，低壓鑄造及半固態(tài)鑄造)和機(jī)械性能優(yōu)良，且成本較低的鋁合金及其制備工藝來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金及其制備工藝，在保證鋁鎂合金流動(dòng)性的前提條件下，對(duì)合金元素進(jìn)行重新匹配，不進(jìn)行熱處理的條件下，使鋁鎂系合金能夠自強(qiáng)化得到高性能材料及汽車、航空航天零部件。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(1)將純鎂錠、中間合金AL—Si,AL-Mn預(yù)熱到180—240°C，純鋁熔化后升溫至680°C，加入純鎂錠待熔化后保溫20分鐘，再將合金液升溫至740— 760°C，依次將中間合金AL—S1、AL — Mn加入至合金液中，待其熔化后，在740°C下保溫30分鐘；
其中，上述材料中各成分按重量百分比為Mg:4.5—6.5,Si < 0.UMn:0.4—0.8、其他雜質(zhì)(包括Fe) ^ 0.4 ；
(2)將合金液溫度升溫到780V，加入混合稀土，待混合稀土熔化后去除表面浮渣，攪拌3—6分鐘后將合金液溫度提高至770— 780°C，保溫靜置30分鐘；
其中，混合稀土總重量不大于1，其La、Ce、Sm、Nd每種元素按重量百分比分別小于0.35 ；
(3)將合金液降溫至750°C進(jìn)行精煉，精煉15分鐘后將合金液降溫至710°C進(jìn)行除渣，再將合金液降溫至690°C進(jìn)行除氣，最后完成鑄件生產(chǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種由上述制備工藝制備的鋁鎂合金，室溫與高溫下均具有高強(qiáng)度、高延伸率及強(qiáng)變形能力，且成本低廉，可大批量應(yīng)用于民用領(lǐng)域。
[0006]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在制備工藝的步驟(3)中鑄件生產(chǎn)的鑄造工藝包括精密壓鑄、低壓鑄造、半固態(tài)流變鑄造。精密壓鑄的工藝方法為將除渣除氣后的合金液降溫到680°C進(jìn)行壓鑄。低壓鑄造的工藝方法為將除渣除氣后的合金液保溫在700°C，再將合金液導(dǎo)入低壓鑄造機(jī)保溫爐中進(jìn)行鑄造。半固態(tài)流變鑄造的工藝方法為將除渣除氣后的合金液降溫至590— 610°C，將合金熔體導(dǎo)入半固態(tài)漿料制備設(shè)備中或模具中進(jìn)行半固態(tài)制備。
[0007]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，鑄件成型后的產(chǎn)品要求進(jìn)行熱處理工藝，以達(dá)到更高的強(qiáng)度與屈服度，其包括固溶處理和人工時(shí)效，固溶處理為在溫度高于545°C固溶處理持續(xù)3小時(shí)，球化初生Si，增加產(chǎn)品強(qiáng)度與韌性，人工時(shí)效為在165°C溫度時(shí)效處理持續(xù)6—12小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力。熱處理工藝是解決材料的強(qiáng)度、塑性合理搭配(高的強(qiáng)度和足夠的塑性)和抗腐蝕性能的關(guān)鍵。
[0008]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，制備的鋁鎂合金室溫下拉伸強(qiáng)度彡260Mpa，屈服強(qiáng)度彡220MPa，延伸率彡15%。相對(duì)于現(xiàn)有市場(chǎng)上的鋁鎂系合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度有大幅度提升，以ZL302為例，相同條件下，ZL302平均室溫下拉伸強(qiáng)度210MPa，延伸率為12%。因此，本發(fā)明制備的非熱處理強(qiáng)化鋁鎂合金的材料性能明顯高于ZL302。
[0009]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，對(duì)于不同鑄造工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能分別為:精密壓鑄的產(chǎn)品室溫抗拉強(qiáng)度彡325MPa，屈服強(qiáng)度彡170MPa，延伸率彡10% ;低壓鑄造的產(chǎn)品室溫抗拉強(qiáng)度彡300MPa，屈服強(qiáng)度彡160Mpa，延伸率彡10% ;半固態(tài)流變鑄造的產(chǎn)品室溫抗拉強(qiáng)度彡340MPa，屈服強(qiáng)度彡196Mpa，延伸率彡10%。通過(guò)熱處理工藝后的材料性能相較之前又有所提高，對(duì)于不同鑄造工藝生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品性能也有所差異。
[0010]本發(fā)明由于對(duì)材料中加入的稀土元素及與Mn、Mg元素的嚴(yán)格配比，讓鋁合金材料中的Mn及Mg的支晶組成進(jìn)行細(xì)化，通過(guò)形成支晶組織使材料發(fā)生了自強(qiáng)化的效果，可以不用通過(guò)熱處理，直接通過(guò)精密壓鑄、鍛造、擠壓變形、低壓鑄造及半固態(tài)鑄造就可以得到性能優(yōu)秀的精密零件。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
(I)采用混合稀土與Mn、Mg元素的摩爾匹配數(shù)來(lái)確定自強(qiáng)化鋁鎂合金的高強(qiáng)度與高延展性，使用其配比方式顯著提高了細(xì)化效果及合金的屈服強(qiáng)度，有效使Mn、Mg形成支晶組織，從而提尚其延伸率及材料疲勞性能，具有明顯的尚耐熱性、尚延伸率及優(yōu)秀的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)等特性。
[0012](2)對(duì)合金進(jìn)行成分重新界定，使合金在室溫自時(shí)效時(shí)間內(nèi)發(fā)揮時(shí)效強(qiáng)化效果，可不通過(guò)人工熱處理方式即可得到高強(qiáng)度、高延伸率的鋁鎂合金。
[0013](3)成本低廉，可連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)，可大批量應(yīng)用于汽車、航空航天、電子零部件等民用方面。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0015]實(shí)施例1:
一種非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(I)將純鎂錠、中間合金AL—Si ,AL-Mn預(yù)熱到180—240°C，純鋁熔化后升溫至680°C，加入純鎂錠待熔化后保溫20分鐘，再將合金液升溫至740— 760°C，依次將中間合金AL—S1、AL — Mn加入至合金液中，待其熔化后，在740°C下保溫30分鐘，使其充分均勻化； 上述材料中各成分按重量百分比為Mg:4.5—6.5、Si < 0.1、Mn:0.4—0.8、其他雜質(zhì)彡 0.4 (其中 Fe < 0.5)；
(2)將合金液溫度升溫到780°C，加入混合稀土，待混合稀土熔化后去除表面浮渣，攪拌3—6分鐘使成分均勻化，攪拌后將合金液溫度提高至770— 780°C，保溫靜置30分鐘；
其中，混合稀土總重量不大于1，其La、Ce、Sm、Nd每種元素按重量百分比分別小于0.35 ；
(3)將合金液降溫至750°C進(jìn)行精煉精煉15分鐘后將合金液降溫至710°C進(jìn)行除渣，再將合金液降溫至690°C進(jìn)行除氣，最后將除渣除氣后的合金液降溫到680°C進(jìn)行壓鑄，鑄件成型后進(jìn)行熱處理工藝，在溫度高于545°C中固溶處理持續(xù)3小時(shí)，后在溫度165°C進(jìn)行時(shí)效處理6— 12小時(shí)。
[0016]本實(shí)例所得零件強(qiáng)化取樣室溫下抗拉強(qiáng)度彡325MPa，屈服強(qiáng)度彡170MPa，延伸率
^ 10% O
[0017]實(shí)施例2:
一種非熱處理自強(qiáng)化鋁鎂合金的制備工藝，包括以下工藝步驟:
(1)