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CN117821818B - 一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法 Download PDF

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CN117821818B CN202311857434.9A CN202311857434A CN117821818B CN 117821818 B CN117821818 B CN 117821818B CN 202311857434 A CN202311857434 A CN 202311857434A CN 117821818 B CN117821818 B CN 117821818B
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Abstract

本发明公开了一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域，解决了现有技术中镁合金用作暂堵工具强度低，溶解性差的问题。低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7％～9％、Ca:0～1％、In:0～0.5％、Cu:0.1％～1％、Ni:0.1％～1％、X:0～1％，X为FeCl3、C和Zr中的一种或多种，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明的低成本高强度可溶镁合金具有较高的强度和较高的溶解速率。

Description

一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金材料技术领域，特别涉及一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法。
背景技术
页岩气是一种更清洁、环保的非常规天然气，并逐步成为我国天然气产量的主要增长点。页岩气水平井分段压裂技术是页岩气高效开发的关键技术，其主要原理是在高于目标地层压力的压力下注入流体，使得生产区内形成更多的裂缝，从而达到提高油气产量和采油率的目的。而在分段压裂时，层段间需要使用暂堵工具进行封隔，用以保证施工管柱内的压力不丢失。待压裂作业完成后，这些工具需要收回以便于后期作业顺利进行。传统的封堵工具通常使用钢、铸铁、复合材料等制成，压裂施工完成后，需要使用钻铣方式将这些工具清除，增加了作业周期和成本，也容易出现卡钻卡磨、堵塞孔道的问题。而镁合金因具有密度低、比强度高、标准电极电位低、铸造及加工性能良好等优点，是制造分段压裂层段间暂堵工具的理想材料。
目前，国内外均开展了相关镁合金暂堵工具的技术攻关。但是由于我国地域辽阔，油井分布广、井下环境差异大，水温在50～120℃及氯离子浓度在3000～30000ppm范围变化，对暂堵工具要求各异，目前研究的国内外可溶桥塞在实际井下压裂施工后15天后都未完全溶解，不能很好地匹配我国井下环境。因此为满足压裂开采暂堵工具的应用需要，可溶镁合金的溶解性能和力学性能仍有待提高。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法，用于解决现有镁合金用作暂堵工具强度低，溶解性差的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种低成本高强度可溶镁合金，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7％～9％、Ca:0～1％、In:0～0.5％、Cu:0.1％～1％、Ni:0.1％～1％、X:0～1％，X为FeCl3、C和Zr中的一种或多种，余量为Mg及不可避免的杂质。
进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％。
进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％。
进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、X:0.1％～1％。
进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％、X:0.1％～1％。
进一步的，低成本高强度可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu和MgAlNi析出相。
本发明还提供了一种上述低成本高强度可溶镁合金的制备方法，包括以下步骤:
步骤1、原材料处理：按质量百分比称取所需原料，并将原料进行预处理；
步骤2、熔炼：将坩埚升温至680～780℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，待纯镁全部熔化后，依次加入剩余原料，待全部熔化后搅拌、然后静置得到镁合金熔体；
步骤3、铸造：在680℃～740℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造；
步骤4、双级均匀化处理；
步骤5、对均匀化处理后的铸坯进行热挤压；
步骤6、对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理。
进一步的，步骤2中，升温速率为15～25℃/min。
进一步的，步骤4中，双级均匀化处理的步骤包括：
S401、于280～350℃保温3～5h；
S402、继续升温至380～420℃保温15～30h。
进一步的，步骤5中，热挤压时的挤压速度为0.1～2m/min，挤压温度为250～400℃，挤压比在16～28：1。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果之一：
a)本发明的低成本高强度可溶镁合金通过引入高电位的铜、镍元素，在镁合金中析出Mg2Cu、Mg2Ni、MgAlCu、MgAlNi等高电位析出相，从而显著提高镁合金的溶解速率；并且可以析出大量的Mg17Al12相，不仅可以提高可溶镁合金的力学性能，同时也能改变合金的溶解速率；保证本发明的低成本高强度可溶镁合金具有较高的强度和较高的溶解速率。
b)本发明的低成本高强度可溶镁合金通过添加部分Ca元素，一方面提高Mg17Al12相的热稳定性，改善可溶镁合金的高温力学性能，另一方面将Ca元素易固溶在Mg17Al12相，可以提高基体与Mg17Al12相之间的电位差，从而提高镁合金的溶解速率。
c)本发明的低成本高强度可溶镁合金添加了少量的In元素，其对镁合金的腐蚀具有活化作用，能够破坏镁合金腐蚀时形成的表面氧化膜，从而提高镁合金的溶解速率。
d)本发明的低成本高强度可溶镁合金在熔炼时可以添加FeCl3粉末作为晶粒细化剂，不仅可以通过细化晶粒提高镁合金的力学性能，同时还能在镁合金基体中添加高电位的Fe元素，提高镁合金的溶解速率。
e)本发明的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中通过熔炼、铸造、双级均匀化处理、挤压及固溶时效处理的工艺步骤和参数控制，可以控制这些高电位析出相的数量、尺寸、形貌和分布特征，从而控制可溶镁合金的溶解速率。
f)本发明的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中为了保证Ni、Cu等高熔点元素在熔体中的均匀分布，在结晶器位置添加电磁搅拌，使得可溶镁合金连铸坯中Ni、Cu的偏析减小，从而减少可溶镁合金的性能波动。
g)本发明的低成本高强度可溶镁合金的抗拉强度为350MPa以上(355～430MPa)、屈服强度为220MPa以上(228～330MPa)，延伸率为5％以上，例如(5.4～9％)，在93℃、3％KCl溶液中的腐蚀速率为30mg/cm2*h以上，例如(32～120mg/cm2*h)。
h)本发明的低成本高强度可溶镁合金的强度高、溶解速度快，制备方法简单，添加的Ni、Cu等金属元素含量较少，制备成本不高，并且通过成分设计与制备方法的工艺控制相结合可适应压裂开采暂堵工具所需的不同井下工作环境，适用于加工制备页岩气开采压裂过程中使用的暂堵工具，如可溶桥塞、可溶压裂球等。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为实施例1的可溶镁合金的微观组织图；
图2为实施例2的可溶镁合金的微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种低成本高强度可溶镁合金，上述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7％～9％、Ca:0～1％、In:0～0.5％、Cu:0.1％～1％、Ni:0.1％～1％、X:0～1％，X为FeCl3、C和Zr中的一种或多种，余量为Mg及不可避免的杂质。
以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：
Al：Al元素为本发明的可溶镁合金中的主要强化元素，Al在Mg中的饱和固溶度是12.7％，而在室温时Al在Mg中的溶解度为2％，因此Al可对Mg产生固溶强化和时效强化的作用。Al固溶于Mg基体可以提高镁合金的强度和延展性，在时效时析出β-Mg17Al12相能够显著提高合金的屈服强度和抗拉强度。当Al含量超过8％时，β-Mg17Al12相沿晶界以不连续网状形式析出，显著损害合金的塑形变形能力。而随Al元素含量的增加晶界间β-Mg17Al12相析出增多，考虑到本发明可溶镁合金中部分Al元素可与Cu、Ni在凝固时形成析出相，可适当提高合金中Al元素含量，因此，综合考虑，本发明中Al元素含量控制在7％～9％。
Ca：不仅具有良好的阻燃特性，可以抑制镁合金熔炼浇铸过程中的烧损，改善镁合金铸件质量，还能够细化晶粒从而提高合金的强度和韧性，改善高温下的蠕变抗力。当Ca元素含量大于1％时容易形成沿晶界分布的网状Al2Ca相，导致极限抗拉强度和伸长率下降。因此，综合考虑，本发明中Ca元素含量控制在0-1％。
Cu、Ni：Cu、Ni都是高电位元素，在镁合金中析出Mg2Cu、Mg2Ni、MgAlCu、MgAlNi等高电位析出相，能够显著提高镁合金的溶解速率，并且随着Ni、Cu含量的增多，镁合金的溶解速率逐渐升高。但是由于过量添加Ni、Cu元素，会导致镁合金形成粗大的第二相，影响镁合金的塑性变形能力，因此，综合考虑，本发明中Ni、Cu的含量都控制在0.1％～1％。
In：In元素可以降低Al元素在Mg基体中的溶解度，细化析出的Mg17Al12相，同时还能破坏含Al镁合金的表面氧化膜，这些都对镁合金的溶解起加速作用。但由于In的价格较贵，考虑合金的成本因素，在本发明中In的含量控制在0～0.5％。
X：X为FeCl3、C、Zr等元素中的一种或多种，其主要作用是在凝固时提供异质形核细化镁合金的晶粒尺寸，从而提高镁合金的力学性能。但是由于细化晶粒会降低镁合金的溶解速率，X在本发明中的含量控制在0-1％。此外，由于FeCl3在细化晶粒的同时能提供少量高电位的Fe元素，在提高力学性能的同时也能促进镁合金溶解，因此在生产过程中优选FeCl3作为晶粒细化剂。
为了进一步改善上述低成本高强度可溶镁合金的综合性能，上述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％。
为了进一步改善上述低成本高强度可溶镁合金的综合性能，上述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％。
为了进一步改善上述低成本高强度可溶镁合金的综合性能，上述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、X:0.1％～1％。
为了进一步改善上述低成本高强度可溶镁合金的综合性能，上述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％、X:0.1％～1％。
具体的，本发明的可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu和MgAlNi。
具体的，本发明的可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu、MgAlNi和Fe。
具体的，本发明的可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu、MgAlNi和Al4C3。
具体的，本发明的可溶镁合金的晶粒尺寸在10～50μm，例如14～32μm。
另一方面，本发明还提供了一种低成本高强度可溶镁合金的制备方法，包括以下步骤:
步骤1、原材料处理：按质量百分比称取所需原料，并将原料进行预处理；
步骤2、熔炼：将坩埚升温至680～780℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，待纯镁全部熔化后，依次加入剩余原料(例如AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭和FeCl3粉末或C)，待全部熔化后搅拌、然后静置得到镁合金熔体；
步骤3、铸造：在680℃～740℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造；
步骤4、双级均匀化处理；
步骤5、对均匀化处理后的铸坯进行热挤压；
步骤6、对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理。
具体的，上述步骤1中，预处理包括将原料表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分。
具体的，上述步骤2中，升温速率为15～25℃/min。
具体的，上述步骤2中，为了保证合金成分均匀，待全部熔化后搅拌5～10min，然后静置10～20min。
具体的，上述步骤3中，拉铸速度为10～70mm/min。为了保证Ni、Cu等高熔点元素在熔体中的均匀分布，当Ni、Cu元素含量＞0.7％时，在结晶器位置添加电磁搅拌，使得可溶镁合金连铸坯中Ni、Cu的偏析减小，从而减少可溶镁合金的性能波动。
具体的，上述步骤4中，为了消除合金中共晶形态的α-Mg相、Mg17Al12相和离异共晶形态的Mg17Al12相，进行双级均匀化处理，双级均匀化处理的步骤包括：
S401、于280～350℃保温3～5h；
S402、继续升温至380～420℃保温15～30h。
具体的，上述步骤5中，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑。
具体的，上述步骤5中，热挤压时的挤压速度为0.1～2m/min，挤压温度为250～400℃，挤压比在(16～28)：1。
具体的，上述步骤6中，固溶工艺参数为(380～420℃)×(3～10)h，时效工艺为(140℃～280℃)×(3～100)h。
具体的，上述步骤6中，发明人经过深入研究发现：180℃时效，峰时效温度为20h，此时强度和塑性匹配较好，但腐蚀速率较低；而220℃时效，峰时效温度为22h，此时强度和腐蚀速率较高，但延伸率较低。因此，实际生产过程中可以根据对性能的需求侧重选择工艺参数。
具体的，本发明的可溶镁合金的微观组织中MgAlCu、MgAlNi含量在1％～10％范围内，且随Ni、Cu含量增多而增多。Mg17Al12相的种类、形貌、体积分数和时效温度和时间有关，在200℃以上时效时，连续析出(CP)的Mg17Al12相的体积分数在10％～50％，不连续析出(DP)的Mg17Al12相体积分数在5％～40％，且随温度升高，合金中CP-Mg17Al12相增多，DP-Mg17Al12相减少；200℃以下时效时，DP-Mg17Al12相体积分数为5％～50％，CP-Mg17Al12相体积分数在0～15％，随温度降低，CP-Mg17Al12相逐渐消失，合金中DP-Mg17Al12相增多但析出速度逐渐变慢，＜140℃时效时DP-Mg17Al12相也基本不析出。
本发明的低成本高强度可溶镁合金通过引入高电位的铜、镍元素，在镁合金中析出Mg2Cu、Mg2Ni、MgAlCu、MgAlNi等高电位析出相，从而显著提高镁合金的溶解速率；并且可以析出大量的Mg17Al12相，不仅可以提高可溶镁合金的力学性能，同时也能改变合金的溶解速率；保证本发明的低成本高强度可溶镁合金具有较高的强度和较高的溶解速率。
本发明的低成本高强度可溶镁合金通过添加部分Ca元素，一方面提高Mg17Al12相的热稳定性，改善可溶镁合金的高温力学性能，另一方面将Ca元素易固溶在Mg17Al12相，可以提高基体与Mg17Al12相之间的电位差，从而提高镁合金的溶解速率。
本发明的低成本高强度可溶镁合金添加了少量的In元素，其对镁合金的腐蚀具有活化作用，能够破坏镁合金腐蚀时形成的表面氧化膜，从而提高镁合金的溶解速率。
本发明的低成本高强度可溶镁合金在熔炼时可以添加FeCl3粉末作为晶粒细化剂，不仅可以通过细化晶粒提高镁合金的力学性能，同时还能在镁合金基体中添加高电位的Fe元素，提高镁合金的溶解速率。
本发明的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中通过熔炼、铸造、双级均匀化处理、挤压及固溶时效处理的工艺步骤和参数控制，可以控制这些高电位析出相的数量、尺寸、形貌和分布特征，从而控制可溶镁合金的溶解速率。
本发明的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中为了保证Ni、Cu等高熔点元素在熔体中的均匀分布，在结晶器位置添加电磁搅拌，使得可溶镁合金连铸坯中Ni、Cu的偏析减小，从而减少可溶镁合金的性能波动。
本发明的低成本高强度可溶镁合金的抗拉强度为350MPa以上(355～430MPa)、屈服强度为220MPa以上(228～330MPa)，延伸率为5％以上，例如(5.4～9％)，在93℃、3％KCl溶液中的腐蚀速率为30mg/cm2*h以上，例如(32～120mg/cm2*h)。
本发明的低成本高强度可溶镁合金的强度高、溶解速度快，制备方法简单，添加的Ni、Cu等金属元素含量较少，制备成本不高，并且通过成分设计与制备方法的工艺控制相结合可适应压裂开采暂堵工具所需的不同井下工作环境，适用于加工制备页岩气开采压裂过程中使用的暂堵工具，如可溶桥塞、可溶压裂球等。
实施例1-8
下面以具体的实施例与对比例来展示本发明的低成本高强度可溶镁合金的成分和工艺参数精确控制的优势。
本发明的实施例1-8提供了一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法，实施例1-8钢的化学成分见表1。
实施例1的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至720℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，然后静置20min；
(3)铸造：在700℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为50mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×20h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为300℃，挤压比在22.5：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×5h，时效工艺为220℃×20h。
实施例2的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至760℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，然后静置20min；
(3)铸造：在750℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为20mm/min，为保证Ni、Cu元素在铸件中均匀分布，减弱其偏析，在结晶器位置添加磁场强度为50Gs的电磁搅拌；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×30h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.2m/min，挤压温度为400℃，挤压比在18.5：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×5h，时效工艺为180℃×20h。
实施例3的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至740℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca、纯In等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，然后静置20min；
(3)铸造：在720℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为30mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为320℃×5h+410℃×25h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为360℃，挤压比在20：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400×5h，时效工艺为200×30h
实施例4的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至740℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca、纯In等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，然后静置20min；
(3)铸造：在720℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为30mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为320℃×5h+410℃×30h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为380℃，挤压比在22：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×5h，时效工艺为180℃×50h。
实施例5的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至720℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，静置10min后，用预热的钟罩将预热的FeCl3粉末缓慢压入合金液1/2～1/3处，搅拌5min后静置10min；
(3)铸造：在700℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为50mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×25h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为320℃，挤压比在26：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×5h，时效工艺为260℃×50h。
实施例6的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至750℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，静置10min后，用预热的钟罩将预热的FeCl3粉末缓慢压入合金液1/2～1/3处，搅拌5min后静置10min；
(3)铸造：在740℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为30mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×30h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为360℃，挤压比在22：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×3h，时效工艺为180℃×70h。
实施例7的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至720℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，静置10min后，以Al-C中间合金的形式加入0.5％C元素，搅拌5min后静置10min；
(3)铸造：在700℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为40mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×20h
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.3m/min，挤压温度为300℃，挤压比在28：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×5h，时效工艺为220℃×50h。
实施例8的制备方法如下：
(1)原材料处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，然后将金属原料放入烘干箱中烘干以去除原料表面水分；
(2)熔炼：以20℃/min的升温速率将坩埚升温至740℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，等纯镁全部熔化后，依次加入AlCu、MgNi等中间合金、纯Al、纯Ca等合金锭，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，静置10min后，待全部熔化后搅拌5min以保证合金成分均匀，静置10min后，以Al-C中间合金的形式加入C元素，搅拌5min后静置10min；
(3)铸造：在720℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造，拉铸速度为30mm/min；
(4)均匀化处理：进行双级均匀化处理，均匀化条件为330℃×5h+400℃×30h；
(5)热挤压：对均匀化处理后的铸坯进行热挤压，热挤压时的挤压速度为0.5m/min，挤压温度为350℃，挤压比在26：1，挤压过程中使用二硫化钼进行润滑；
(6)热处理：对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理，固溶工艺为400℃×3h，时效工艺为200℃×50h。
发明人在研究过程中进行了大量的实验研究，现将一些性能不好的方案作为对比例。
对比例1
本对比例提供了一种可溶镁合金，其组分见上表1，制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
本对比例提供了一种可溶镁合金，其组分见上表1，制备方法与实施例1相同，在此不再赘述。本对比例中由于Al含量少，所以Mg17Al12相数量减少，力学性能降低。
对比例3
本对比例提供了一种可溶镁合金，其组分见上表1，制备方法与实施例5相同，在此不再赘述。
本对比例中添加了过量的Fe，其不溶于Mg基体，形成在晶界处形成粗大的Fe单质，严重影响合金的塑性。
对比例4
本例成分与实施例1相同，其组分见上表1，制备方法与案例1大致相同，区别在于挤压温度为410℃，挤压速度为0.3m/min，固溶工艺为420℃×5h，时效工艺为120℃×50h。
本对比例中由于时效温度太低，强化相Mg17Al12相析出较少，所以力学性能下降。
实施例与对比例的金相组织及主要性能检测结果见表2。
表1化学成分，wt％
Mg Al Ca Cu Ni In X
实施例1 Bal. 7.52 0.25 0.19 0.21 0 0
实施例2 Bal. 8.94 0.72 0.91 0.78 0 0
实施例3 Bal. 8.35 0.23 0.20 0.19 0.15 0
实施例4 Bal. 7.41 0.31 0.23 0.24 0.47 0
实施例5 Bal. 8.52 0.29 0.26 0.28 0.23 0.21(FeCl3)
实施例6 Bal. 7.84 0.43 0.64 0.41 0.31 0.79(FeCl3)
实施例7 Bal. 8.56 0.24 0.24 0.25 0 0.52(C)
实施例8 Bal. 8.01 0.55 0.43 0.38 0 0.92(C)
对比例1 Bal. 8.34 0.52 0 0 0 0
对比例2 Bal. 5.22 0.26 0.41 0.54 0 0
对比例3 Bal. 8.34 1.68 0.22 0.20 0 1.31(FeCl3)
对比例4 Bal. 7.52 0.25 0.19 0.21 0 0
表2组织及部分性能检测结果
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7％～9％、Ca:0.2％～0.9％、In:0～0.5％、Cu:0.1％～1％、Ni:0.1％～1％、X:0～1％，X为FeCl3、C和Zr中的一种或多种，余量为Mg及不可避免的杂质；
所述低成本高强度可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu和MgAlNi析出相，晶粒尺寸在14～50μm；
低成本高强度可溶镁合金的抗拉强度为350MPa以上、屈服强度为220MPa以上，延伸率为5％以上，在93℃、3％KCl溶液中的腐蚀速率为30mg/cm2*h以上。
2.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％。
3.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、X:0.1％～1％。
5.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％、X:0.1％～1％。
6.一种权利要求1至5任一项所述的低成本高强度可溶镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1、原材料处理：按质量百分比称取所需原料，并将原料进行预处理；
步骤2、熔炼：将坩埚升温至680～780℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用SF6和CO2的混合气体保护熔体，待纯镁全部熔化后，依次加入剩余原料，待全部熔化后搅拌、然后静置得到镁合金熔体；
步骤3、铸造：在680℃～740℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造；
步骤4、双级均匀化处理；
步骤5、对均匀化处理后的铸坯进行热挤压；
步骤6、对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，升温速率为15～25℃/min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，双级均匀化处理的步骤包括：
S401、于280～350℃保温3～5h；
S402、继续升温至380～420℃保温15～30h。
9.根据权利要求6至8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，热挤压时的挤压速度为0.1～2m/min，挤压温度为250～400℃，挤压比在16～28：1。
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