CN117660819B - 高强可溶镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强可溶镁合金及其制备方法,该高强可溶镁合金按照质量百分比包括如下组分:Zn:0.5%‑2.0%;Cu:0.5%‑1.5%;Zr:0.2%‑0.5%;Ni:0.5%‑1.5%,X:9.2%‑13.0%;其余为Mg及不可避免的杂质元素;其中所述X为轻稀土元素和重稀土元素的组合,所述轻稀土元素的质量百分比为:0.2%‑2%,所述重稀土元素的质量百分比为:9%‑11%。本发明的高强可溶镁合金的抗拉强度及屈服强度更高,具有更好的力学性能。高强可溶镁合金的制备方法的方案简单,通过设置均匀化、预时效及时效处理等步骤能够保证高强可溶镁合金的力学性能不受挤压比的影响。
Description
技术领域
本发明是关于金属材料领域,特别是关于一种高强可溶镁合金及其制备方法。
背景技术
我国的页岩气和页岩油储量居世界前列,未来发展前景广阔,目前主流的水平井开采常用分段压裂技术可实现同时对多个地层的改造来提高单井产能,从而提高施工效率。该技术的一个关键部件是压裂工具,包括暂堵球、球座、桥塞和滑套等。部分矿井要求压裂工具在作业过程中需要具有较快的溶解速度以及较高的力学性能(抗拉强度≥400MPa,屈服强度≥280MPa,溶解速率60-90mg*cm-2*h-1)。现有的镁合金在制备过程中使用的挤压比较大,且在进行实际生产挤压时,由于挤压比达不到预定要求,因此现有的镁合金的强度性能会有所下降从而导致镁合金的抗拉强度则会小于400MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强可溶镁合金及其制备方法,该高强可溶镁合金抗拉强度及屈服强度高且具有良好的溶解速率。
为实现上述目的,本发明的实施例提供了一种高强可溶镁合金,其按照质量百分比包括如下组分:Zn:0.5%-2.0%;Cu:0.5%-1.5%;Zr:0.2%-0.5%;Ni:0.5%-1.5%,X:9.2%-13.0%;其余为Mg及不可避免的杂质元素;其中所述X为轻稀土元素和重稀土元素的组合,所述轻稀土元素的质量百分比为:0.2%-2%,所述重稀土元素的质量百分比为:9%-11%。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述轻稀土元素选自La、Ce和Sm中的一种或多种。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述重稀土元素选自Y和Gd中的一种或多种。
本发明的另一实施例提供了一种高强可溶镁合金的制备方法,其包括:
配比原料:按比例选取镁锭、锌锭、镁锆中间合金、镁镍中间合金、镁铜中间合金、轻稀土合金和重稀土合金作为原料:
熔融铸造:将所述原料依次加入电阻炉并在720℃-750℃的温度下熔融;在750℃-770℃下,将熔融后的原料采用电磁半连续铸造法铸造为镁合金铸锭;
挤压预处理:对所述镁合金铸锭依次进行均匀化处理和预时效处理;
保温挤压:将经过均匀化处理和预时效处理的所述镁合金铸锭在350℃-450℃下保温4h-6h保温再进行挤压得到镁合金棒材;
挤压后处理:将挤压得到的所述镁合金棒材进行时效处理。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述轻稀土合金选自镁镧铈稀土中间合金和镁钐中间合金中的一种或多种。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述重稀土合金选自镁钇中间合金和镁钆中间合金中的一种或多种。
在本发明的一个或多个实施方式中,在熔融过程中,所述原料表面覆盖有熔剂;所述熔剂选自RJ-2和RJ-5中的一种或多种。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述电磁半连续铸造法的电流介于100A-120A之间,频率介于15Hz-30Hz之间。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述均匀化处理为:将所述镁合金铸锭在470℃-520℃下保温12h-16h后进行冷却降温;所述预时效处理为:将所述镁合金铸锭在190℃-210℃下保温48h-84h;所述时效处理为:将挤压得到的所述镁合金棒材在190℃-210℃下保温48h-72h。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述镁合金棒材的挤压速度介于0.5mm/s-3mm/s之间;所述镁合金棒材的挤压比介于6-7之间。
与现有技术相比,根据本发明实施方式的高强可溶镁合金,其通过添加轻稀土元素,提高了镁合金熔体的净化程度;添加重稀土元素,提高了镁合金的强度以满足特定页岩油气井的工况需求,并且通过控制轻金属元素及重金属元素的质量百分比,使得高强可溶镁合金兼具优异的力学性能和良好的锭坯质量。从而,该高强可溶镁合金的抗拉强度及屈服强度更高,具有更好的力学性能。该高强可溶镁合金的制备方法,其方案简单,通过设置均匀化处理能够提升合金组织均匀性,减少偏析,使变形后的组织性能更为均匀。预时效处理能够引进预置第二相颗粒,为再结晶晶粒形核提供驱动力,使得变形后的组织具有更细的晶粒,从而提高镁合金的强度性能。时效处理增加了合金组织中的微米或纳米级析出相,进一步强化合金的强度性能。该高强可溶镁合金的制备方法能够保证高强可溶镁合金的力学性能不受挤压比的影响且具有良好的溶解速率。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的高强可溶镁合金的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
根据本发明优选实施方式的一种高强可溶镁合金,其按照质量百分比包括如下组分:Zn:0.5%-2.0%;Cu:0.5%-1.5%;Zr:0.2%-0.5%;Ni:0.5%-1.5%,X:9.2%-13.0%;其余Mg及为不可避免的杂质元素;其中X为轻稀土元素和重稀土元素的组合,轻稀土元素的质量百分比为:0.2%-2%,重稀土元素的质量百分比为:9%-11%。
在一实施方式中,轻稀土元素选自La、Ce和Sm中的一种或多种。重稀土元素选自Y和Gd中的一种或多种。
在上述实施方式中,通过控制各种组分的质量百分比,从而能够得到在低挤压比下仍有较高抗拉强度的高强可溶镁合金。
在一实施方式中,该高强可溶镁合金的各组分的质量百分比的优选方式为:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。
上述高强可溶镁合金的再一种优选配方为:0.9%Zn、1.0%Cu、0.3%Zr、1.0%Ni、0.5%Sm、6.5%Gd和2.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。
上述高强可溶镁合金的再一种优选配方为:0.9%Zn、1.5%Cu、0.4%Zr、1.5%Ni、0.1%La、0.1%Ce、7.5%Gd和3.0%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。
上述高强可溶镁合金的再一种优选配方为:2.0%Zn、1.5%Cu、0.5%Zr、1.5%Ni、1.0%Sm、0.5%La、0.5%Ce、7.5%Gd和3.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。
如图1所示,本发明的另一实施方式公开了一种上述高强可溶镁合金的制备方法,其包括步骤S1-S5。
步骤S1,配比原料:按比例选取镁锭、锌锭、镁锆中间合金、镁镍中间合金、镁铜中间合金、轻稀土合金和重稀土合金作为原料。
具体而言,在步骤S1中,按比例选取镁锭、锌锭、镁锆中间合金(Mg-30Zr)、镁镍中间合金(Mg-20Ni)、镁铜中间合金(Mg-80Cu)、轻稀土中间合金(Mg-40MM,La:Ce=1:1;Mg-30Sm)和重稀土中间合金(Mg-30Gd;Mg-25Y)作为原料。其中,轻稀土合金可以选自镁镧铈稀土中间合金和镁钐中间合金中的一种或多种。重稀土合金可以选自镁钇中间合金和镁钆中间合金中的一种或多种。
步骤S2,熔融铸造:将原料依次加入电阻炉在720℃-750℃的温度下熔融;在750℃-770℃下,将熔融后的原料采用电磁半连续铸造法铸造为镁合金铸锭。
具体而言,在步骤S2中,将称取的镁锭和锌锭放入电阻炉中,在720℃-750℃下保温至完全熔化,然后加入镁锆中间合金、镁镍中间合金、镁铜中间合金、轻稀土合金和重稀土合金,添加温度控制在740℃-750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时。进一步的,在熔融过程中,各原料的表面覆盖有熔剂,用于减少各原料的烧损。其中,锌锭同镁锭一起保温熔化,原料表面覆盖有RJ-2熔剂;添加其他合金时覆盖有RJ-5熔剂。
保温半个小时后使用RJ-5精炼5min-10min,得到可溶镁合金熔体;然后在750℃-770℃的温度下,采用电磁半连续铸造法将熔化后的原料初步铸造成镁合金铸锭。其中,电磁半连续铸造法的电流介于100A-120A之间,频率介于15Hz-30Hz之间。
熔炼过程中先添加轻稀土合金,充分搅拌熔体后静置一段时间后再添加重稀土合金,可以使轻稀土合金先与熔体中的杂质反应,净化熔体;从而减少重稀土合金因净化作用而导致的损失,提高重稀土元素的收得率。
步骤S3,挤压预处理:对镁合金铸锭依次进行均匀化处理和预时效处理。
具体而言,在步骤S3中,均匀化处理为:将镁合金铸锭在470℃-520℃下保温12h-16h后再进行冷却降温。预时效处理为:将镁合金铸锭在190℃-210℃下保温48h-84h。均匀化处理的目的是改善合金的偏析并使合金的组织更加均匀,得到均质态的可溶镁合金。预时效处理过程中可产生粗大的Mg5RE颗粒,这些颗粒可控制合金动态再结晶行为,粗大的Mg5RE颗粒可促进挤压过程中小角度晶界向大角度晶界的转变,从而促进连续再结晶的发生,可实现对变形组织晶粒尺寸的调控,得到预时效态的可溶镁合金。
步骤S4,保温挤压:将经过均匀化处理和预时效处理的镁合金铸锭在350℃-450℃下保温4h-6h保温再挤压得到镁合金棒材。
具体而言,在步骤S4中,将经过均匀化处理和预时效处理的镁合金铸锭在350℃-450℃下保温4h-6h保温再挤压得到镁合金棒材。其中,镁合金棒材的挤压速度介于0.5mm/s-3mm/s之间。镁合金棒材的挤压比介于6-7之间。挤压前的镁合金铸锭的直径为70mm-80mm,挤压得到的镁合金棒材直径为25mm-35mm。
步骤S5,挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材进行时效处理。
具体而言,在步骤S5中,将挤压得到的镁合金棒材再进行时效处理。时效处理为:将挤压得到的所述镁合金棒材在190℃-210℃下保温48h-72h。时效处理可进一步提高镁合金棒材的强度性能。
下面结合具体的实施例及对比例对本发明进一步进行阐述。
实施例1
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在770℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置15Hz的电磁频率、电磁系统的电流为100A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:470℃,保温16h;预时效处理:200℃下保温64h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在350℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温48h后冷却。
实施例2
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.9%Zn、1.0%Cu、0.3%Zr、1.0%Ni、0.5%Sm、6.5%Gd和2.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钐中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在720℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钐中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法获得镁合金铸锭,铸造过程中设置20Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:500℃,保温14h;预时效处理:200℃下保温64h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在400℃下保温6h后以2.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为7。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温48h后冷却。
实施例3
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.9%Zn、1.5%Cu、0.4%Zr、1.5%Ni、0.1%La、0.1%Ce、7.5%Gd和3.0%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置25Hz的电磁频率、电磁系统的电流为120A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:520℃,保温10h;预时效处理:200℃下保温64h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在420℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为7。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温64h后冷却。
实施例4
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:2.0%Zn、1.5%Cu、0.5%Zr、1.5%Ni、1.0%Sm、0.5%La、0.5%Ce、7.5%Gd和3.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁钐中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钐中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置30Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:510℃,保温12h;预时效处理:200℃下保温48h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在420℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温54h后冷却。
对比例1
镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在770℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置15Hz的电磁频率、电磁系统的电流为100A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理:470℃,保温16h。
保温挤压:将镁合金铸锭在350℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:无。
对比例2
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在770℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置15Hz的电磁频率、电磁系统的电流为100A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:470℃,保温16h;预时效处理:200℃下保温48h。
保温挤压:将镁合金铸锭在350℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:无。
对比例3
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在770℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置15Hz的电磁频率、电磁系统的电流为100A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理:470℃,保温16h。
保温挤压:将镁合金铸锭在350℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温48h后冷却。
对比例4
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.5%Zn、0.5%Cu、0.2%Zr、0.5%Ni、0.5%La、0.5%Ce、8.5%Gd和1.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在770℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼5min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置15Hz的电磁频率、电磁系统的电流为100A。
挤压预处理:无。
保温挤压:将镁合金铸锭在450℃下保温4h后以3.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为7。
挤压后处理:无。
对比例5
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:2.0%Zn、1.5%Cu、0.5%Zr、1.5%Ni、7.5%Gd和3.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置30Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:510℃,保温12h;预时效处理:200℃下保温48h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在420℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为7。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温54h后冷却。
对比例6
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:2.0%Zn、1.5%Cu、0.5%Zr、1.5%Ni、1.0%Sm、0.5%La、0.5%Ce,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁钐中间合金和镁锆中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在750℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁镧铈稀土中间合金、镁锆中间合金和镁钐中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置30Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:510℃,保温12h;预时效处理:200℃下保温48h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在420℃下保温4h后以1.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为7。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温54h后冷却。
对比例7
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.9%Zn、1.0%Cu、0.3%Zr、1.0%Ni、6.5%Gd和2.5%Y,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在720℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金、镁钆中间合金和镁钇中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法将可溶镁合金熔体铸造成镁合金铸锭,铸造过程中设置20Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:500℃,保温14h;预时效处理:200℃下保温64h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在400℃下保温6h后以2.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温48h后冷却。
对比例8
高强可溶镁合金,由以下质量百分数的元素组成:0.9%Zn、1.0%Cu、0.3%Zr、1.0%Ni、0.5%Sm,其余为Mg及不可避免的杂质。制备方法按以下步骤进行:
配比原料:按配比称取镁锭、锌锭、镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金和镁钐中间合金。
熔融铸造:将镁锭和锌锭及RJ-2放入电阻炉中,在720℃下保温至完全熔化,然后加入镁镍中间合金、镁铜中间合金、镁锆中间合金和镁钐中间合金,添加温度控制在750℃,搅拌至完全熔化后保温半个小时后使用RJ-5进行精炼10min,得到可溶镁合金熔体;采用电磁半连续铸造法获得镁合金铸锭,铸造过程中设置20Hz的电磁频率、电磁系统的电流为110A。
挤压预处理:对上述镁合金铸锭进行均匀化处理和预时效处理,均匀化处理:500℃,保温14h;预时效处理:200℃下保温64h后空冷。
保温挤压:将镁合金铸锭在400℃下保温6h后以2.0mm/s的速度挤压得到镁合金棒材,挤压比为6。
挤压后处理:将挤压得到的镁合金棒材在200℃下保温48h后冷却。
将实施例1-4及对比例1-8制得的镁合金棒材进行力学性能及溶解速率测试,溶解速率测试环境为93℃的3.0wt.%的KCl溶液,相关测试结果如下表1所示。
表1 实施例1-4及对比例1-8室温力学性能及溶解速率测试
综上所述,本发明的高强可溶镁合金的制备方法制备出的镁合金相比现有的镁合金具有更高的抗拉强度及屈服强度,从而具有更好的力学性能。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (6)
1.一种高强可溶镁合金,其特征在于,按照质量百分比包括如下组分:Zn:0.5%-2.0%;Cu:0.5%-1.5%;Zr:0.2%-0.5%;Ni:0.5%-1.5%,X:9.2%-13.0%;其余为Mg及不可避免的杂质元素;其中所述X为轻稀土元素和重稀土元素的组合,所述轻稀土元素的质量百分比为:0.2%-2%,所述重稀土元素的质量百分比为:9%-11%;所述轻稀土元素选自La、Ce和Sm中的一种或多种;所述重稀土元素选自Y和Gd中的一种或多种。
2.一种如权利要求1所述的高强可溶镁合金的制备方法,其特征在于,包括:
配比原料:按比例选取镁锭、锌锭、镁锆中间合金、镁镍中间合金、镁铜中间合金、轻稀土合金和重稀土合金作为原料;其中,所述轻稀土合金选自镁镧铈稀土中间合金和镁钐中间合金中的一种或多种;所述重稀土合金选自镁钇中间合金和镁钆中间合金中的一种或多种;
熔融铸造:将所述原料依次加入电阻炉并在720℃-750℃的温度下熔融;在750℃-770℃下,将熔融后的原料采用电磁半连续铸造法铸造为镁合金铸锭;
挤压预处理:对所述镁合金铸锭依次进行均匀化处理和预时效处理;
保温挤压:将经过均匀化处理和预时效处理的所述镁合金铸锭在350℃-450℃下保温4h-6h保温再进行挤压得到镁合金棒材;
挤压后处理:将挤压得到的所述镁合金棒材进行时效处理。
3.如权利要求2所述的高强可溶镁合金的制备方法,其特征在于,在熔融过程中,所述原料表面覆盖有熔剂;所述熔剂选自RJ-2和RJ-5中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的高强可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述电磁半连续铸造法的电流介于100A-120A之间,频率介于15Hz-30Hz之间。
5.如权利要求2所述的高强可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述均匀化处理为:将所述镁合金铸锭在470℃-520℃下保温12h-16h后进行冷却降温;所述预时效处理为:将所述镁合金铸锭在190℃-210℃下保温48h-84h;所述时效处理为:将挤压得到的所述镁合金棒材在190℃-210℃下保温48h-72h。
6.如权利要求2所述的高强可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述镁合金棒材的挤压速度介于0.5mm/s-3mm/s之间;所述镁合金棒材的挤压比介于6-7之间。
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