本發(fā)明專利技術(shù)屬于金屬材料的制備及鑄造成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種細(xì)化稀土鎂合金中富稀土相的方法。稀土鎂合金中的“稀土”是指鎂合金中含有以下稀土元素中的一種、二種或多種：RE(RE為Ce及La混合稀土，其中Ce的質(zhì)量百分比為50％～70％，余量為La)0.5％～4％；Y?0.5～2％；Nd2～3％；Gd?1～5％，等。將高于液相線溫度0～40℃的鎂合金液澆入到預(yù)熱至預(yù)設(shè)溫度的盛漿容器內(nèi)，降下變幅桿至金屬液面以下1～25mm，同時啟動超聲振動。超聲振動時間為1～8min，振動結(jié)束后，金屬熔體溫度控制在液相線溫度以下5～50℃。振動后的金屬熔體成形得到的鎂合金零件，晶粒尺寸和富稀土相尺寸要比未超聲振動的組織細(xì)化很多，本發(fā)明專利技術(shù)可用于稀土鎂合金的制漿工藝、后續(xù)流變鑄造以及稀土鎂合金零件的成形。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬材料的制備及鑄造成形
，涉及到，該方法通過施加超聲振動細(xì)化稀土鎂合金中的富稀土相、細(xì)化晶粒以提高性能。 技術(shù)背景 鎂及鎂合金作為一種結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強度和比剛度高、導(dǎo)熱性能好、切削加工性好、電磁屏蔽能力強以及減振和阻尼性能好、易于回收等一系列獨特的優(yōu)勢，滿足了現(xiàn)代汽車工業(yè)對減重、節(jié)能的要求。因此，鎂合金結(jié)構(gòu)材料在汽車、航天和電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 由于鎂合金的強度不高，特別是高溫性能較差，大大限制了其應(yīng)用。稀土元素由于具有獨特的核外電子排布，表現(xiàn)出獨特的性質(zhì)，對氧、硫和其他非金屬元素有較強的親和力，在冶金過程中可以凈化合金熔體、改善合金組織、提高合金室溫力學(xué)性能、增強合金耐腐蝕性能等。專利文獻(xiàn)CN103757512A中公開了一種含抗蠕變稀土鎂合金，通過向鎂合金中添加稀土元素釔開發(fā)出來的Mg-Y-Zn-Ca-Sb具有非常優(yōu)異的抗蠕變性能，在蠕變溫度為250V，應(yīng)力為70MPa條件下100小時總?cè)渥兞坎淮笥?.24%，穩(wěn)態(tài)蠕變速率為8.48 X 1-1V1 ;專利文獻(xiàn)CN103643098A中公布了一種稀土元素合金化的耐腐蝕性變形鎂合金，通過向已有的商業(yè)牌號AZ31鎂合金中添加稀土元素釹和釔使AZ31鎂合金的耐腐性大大提高，同時還提高了 AZ31鎂合金的力學(xué)性能，從而擴(kuò)大了該鎂合金的應(yīng)用范圍。近年來，根據(jù)對材料的性能要求而研制開發(fā)了一系列含稀土的高強、耐熱、抗蠕變、阻燃等鎂合金，稀土作為主要的合金元素或微合金化元素在鎂合金研究領(lǐng)域發(fā)揮愈來愈重要的作用。 稀土鎂合金中富稀土相的尺寸對其組織和性能有重要的影響。張虎等在“稀土相對AZ61鎂合金力學(xué)性能的影響”一文中(《機(jī)械工程與自動化》，總第167期，第94?96頁)以AZ61鎂合金為基體，通過添加不同含量的鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)、釓(Gd)等稀土元素，使合金基體組織均勻、晶粒細(xì)化，第二相β -Mg17Al12分離變細(xì)變少，由連續(xù)網(wǎng)狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散斷續(xù)的條狀及點狀分布。通過X射線衍射試驗分析，添加的稀土元素優(yōu)先與ΑΖ61鎂合金中的鋁元素形成了鋁稀土相。這些高熔點鋁稀土相較均勻的分布于晶界周圍，釘扎晶界，阻礙位錯運動和晶界滑動，顯著提高了鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能，在ΑΖ61鎂合金中添加適量稀土鑭(La)、鋪(Ce)、釹(Nd)、禮(Gd)生成的招稀土相Al11La3呈針狀或塊狀、Al4Ce呈塊狀或棒狀、Al2Nd呈針狀或短棒狀。然而,一般直接向鎂合金中添加稀土元素進(jìn)行熔煉、澆鑄出來的鎂合金其富含稀土的化合物相一般比較粗大，為不規(guī)則形狀，且富稀土相大多在晶界分布，嚴(yán)重降低了稀土元素對鎂合金的強化作用。因此，富稀土相的細(xì)化或變質(zhì)對提高稀土鎂合金的性能具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提出一種細(xì)化稀土鎂合金中粗大富稀土相的方法，即主要采用超聲振動對鎂合金熔體進(jìn)行處理的方法及其相關(guān)工藝措施，采用該方法可以有效提高稀土元素對鎂合金的強化作用，改善合金的組織和性能。 本專利技術(shù)提供的，所有的熔煉工藝均在N2和SF6混合氣氛保護(hù)下進(jìn)行，該方法包括下述步驟: 第一步:根據(jù)稀土鎂合金中各元素的配比，在預(yù)先熔化好的700°C?720°C的鎂合金液中加入鎂稀土中間合金，熔化形成熔體； 鎂稀土中間合金是指Mg-RE中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-Nd中間合金中的至少一種； 第二步:將熔煉好的上述金屬液體倒入預(yù)熱后的盛漿容器中，再將金屬液體降溫至液相線溫度以上O?40°C ;盛放漿料的容器事先預(yù)熱至合金液相線溫度以下5?50°C ； 第三步:將超聲波振動頭深入熔體，并進(jìn)行超聲振動，超聲頻率為20kHz?80kHz，超聲振動體積功率為5W/cm3?100W/cm3，所述體積功率為超聲振動功率與所振動的液體體積之比；超聲振動采用脈沖振動,脈沖振動中的脈沖時間與非脈沖時間之比為0.5?6 ;在振動的同時冷卻金屬熔體，冷卻速度為0.1?3°C /s ； 第四步:在超聲振動I?8分鐘后停止超聲振動。 本專利技術(shù)方法通過對稀土鎂合金熔體施加直接接觸的高能超聲振動，并施加一定速度的冷卻，在鎂合金溶液半固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)，較短時間中能夠使凝固過程中的晶粒以及生成的富稀土相得到細(xì)化。本專利技術(shù)的原理:在液相線溫度附近向鎂合金熔體中導(dǎo)入高能超聲振動I?8分鐘，超聲振動作用產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)在合金熔體中引起強對流，使熔體中溫度場和溶質(zhì)濃度場均勻化，大大降低了合金凝固前沿稀土元素的富集程度，抑制了粗大富稀土相的析出；同時，超聲振動還具有破碎作用，能夠破碎初生晶粒，產(chǎn)生更多的晶態(tài)小質(zhì)點，增加晶粒數(shù)量，細(xì)化晶粒尺寸和稀土相尺寸。本方法所需設(shè)備和工藝操作簡單，時間短，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。具體而言，本專利技術(shù)具有以下技術(shù)效果: (I)高能超聲波直接作用于鎂合金熔體，可以在較短時間內(nèi)得到顆粒細(xì)小均勻的半固態(tài)漿料組織，效率高。 (2)超聲波振動和稀土元素相結(jié)合，既可以通過稀土元素的作用提高鎂合金的力學(xué)性能又消除了因粗大的富稀土相對合金力學(xué)性能的有害作用。 (3)相對于傳統(tǒng)的鎂合金半固態(tài)漿料的制備技術(shù)，本專利技術(shù)方法效率高、成本得到極大的改善，能夠為稀土鎂合金后續(xù)的半固態(tài)流變成形，如流變擠壓鑄造等，提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的流變漿料，改進(jìn)稀土鎂合金的流變成形技術(shù)，拓寬了其應(yīng)用范圍。 (4)本專利技術(shù)方法工藝簡單，所需的設(shè)備簡單，易和傳統(tǒng)成形工藝設(shè)備相結(jié)合。 【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)方法超聲振動處理稀土鎂合金熔體【具體實施方式】一種裝置的結(jié)構(gòu)不意圖；其中: 1.升降控制器；2.升降連桿裝置；3.支架；4.盛漿容器；5.保溫爐；6.變幅桿；7.換能器；8.超聲波發(fā)生器；9.溫度控制器。 圖2為本專利技術(shù)中超聲振動處理后Mg-6Zn-3RE_l.4Y合金的水淬組織光學(xué)金相顯微示意圖； 圖3為本專利技術(shù)中未經(jīng)超聲振動處理的Mg-6Zn-3RE_l.4Y合金的水淬組織光學(xué)金相顯微不意圖； 圖4為本專利技術(shù)中超聲振動處理后Mg-3Zn_l.2Nd_0.6Y合金流變擠壓鑄造成型零件組織圖； 圖5為本專利技術(shù)中未經(jīng)超聲振動處理后Mg-3Zn_l.2Nd_0.6Y合金流變擠壓鑄造成型零件組織圖。 【具體實施方式】 本專利技術(shù)的內(nèi)容包含提出一種通過高能超聲振動細(xì)化稀土鎂合金熔體中富稀土相的方法。下面通過實施例更加詳細(xì)地說明本專利技術(shù)，以下實施例僅是說明性的，有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本專利技術(shù)，應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)的構(gòu)思前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。 所述稀土鎂合金是指Mg-RE系鎂合金或在Mg-Al ,Mg-Zn系等鎂合金基礎(chǔ)上添加以下稀土元素中的一種、二種或者多種:RE 0.5%?4% ;Y(釔)0.5%?2% ;Nd(釹)2%?3% ;Gd(釓)1%?5%等；其中，RE為Ce及La混合稀土，其中Ce的質(zhì)量百分比為50%?70%，余量為La。 本專利技術(shù)提供的細(xì)化稀土鎂合金中粗大富稀土相方法，所有的熔煉工藝均在N2和SFJg合氣氛(其中，SF6的體積百分比濃度為0.1%?1% )保護(hù)下進(jìn)行。所述的稀土鎂合金可以是含一種、兩種或者多種稀土元素及稀土元素與非稀本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種細(xì)化稀土鎂合金中富稀土相的方法，所有的熔煉工藝均在N2和SF6混合氣氛保護(hù)下進(jìn)行，該方法包括下述步驟：第一步：根據(jù)稀土鎂合金中各元素的配比，在預(yù)先熔化好的700℃～720℃的鎂合金液中加入鎂稀土中間合金，熔化形成熔體；鎂稀土中間合金是指Mg?RE中間合金、Mg?Y中間合金、Mg?Gd中間合金和Mg?Nd中間合金中的至少一種；第二步：將熔煉好的上述金屬液體倒入預(yù)熱后的盛漿容器中，再將金屬液體降溫至液相線溫度以上0～40℃；盛放漿料的容器事先預(yù)熱至合金液相線溫度以下5～50℃；第三步：將超聲波振動頭深入熔體，并進(jìn)行超聲振動，超聲頻率為20kHz～80kHz，超聲振動體積功率為5W/cm3～100W/cm3，所述體積功率為超聲振動功率與所振動的液體體積之比；超聲振動采用脈沖振動，脈沖振動中的脈沖時間與非脈沖時間之比為0.5～6；在振動的同時冷卻金屬熔體，冷卻速度為0.1～3℃/s；第四步：在超聲振動1～8分鐘后停止超聲振動。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種細(xì)化稀土鎂合金中富稀土相的方法，所有的熔煉工藝均在N2和SF6混合氣氛保護(hù)下進(jìn)行，該方法包括下述步驟: 第一步:根據(jù)稀土鎂合金中各元素的配比，在預(yù)先熔化好的700°C?720°C的鎂合金液中加入鎂稀土中間合金，熔化形成熔體； 鎂稀土中間合金是指Mg-RE中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-Nd中間合金中的至少一種； 第二步:將熔煉好的上述金屬液體倒入預(yù)熱后的盛漿容器中，再將金屬液體降溫至液相線溫度以上O?40°C ;盛放漿料的容器事先預(yù)熱至合金液相線溫度以下5?50°C ； 第三步:將超聲波振動頭深入熔體，并進(jìn)行超聲振動，超聲頻率為20kHz?80kHz，超聲振動體積功率為5W/cm3?100W/cm3，所述體積功率為超聲振動功率與所振動的液體體積之比；超聲振動采用脈沖振動，脈沖振動中的脈沖時間與非脈沖時間之比為0.5?6 ;在振動的同時冷卻金屬熔體，冷卻速度為0.1?3°C /s ； 第四步:在超聲振動I?8分鐘后停止超聲振動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化稀土鎂合金中富稀土...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳樹森，呂書林，趙立，方曉剛，毛有武，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42
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