塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺

本发明涉及的是一种阻燃镁合金及其熔炼工艺，尤其是一种塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺，属于金属材料类及冶金类领域。

现有技术中的镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，它具有比重轻，比强度、比刚度高，阻尼性能、切削加工性能、铸造性能好等优点，但是，由于镁极为活泼，镁合金在熔化和加工过程中极容易氧化燃烧，生产中必须采用阻燃熔剂或在保护气氛下熔炼镁合金。镁合金阻燃熔剂主要由卤盐组成，在熔炼过程中将产生有毒腐蚀气体，造成严重的环境污染，还不可避免地使合金产生熔剂夹杂，降低合金的性能；在保护气氛下熔炼镁合金时，则存在设备复杂、投资巨大，同样会产生有害气体。此外，镁合金的其它加工过程也常常需要在有严格的保护措施的条件下才能进行，例如，镁合金浇注过程中必须有严格的保护措施，镁合金的热挤压、热轧、热锻需要有防燃保护措施，镁合金的热处理需要在保护性气氛下进行，镁合金的切削加工存在燃烧的危险。由于镁为密排六方晶体结构，镁合金的工艺塑性低，特别是在常温条件下，镁合金的塑性变形十分有限，当温度超过250℃以后，镁合金的塑性变形能力才得以增强。英国专利904906认为：Be能够提高镁合金在500℃以下含CO₂的氧化气氛中的抗氧化性能，英国专利776649认为：Be和Ca能够改善镁合金的抗氧化性，并且，如果表面有氧化膜，这种镁合金熔炼时就不会发生燃烧。但是，通常认为Be的加入量不宜过多，否则将引起晶粒粗化、恶化合金机械性能，并增大热裂倾向。而加Ca的镁合金液受到搅动和冲击后容易发生燃烧，并且，机械性能也会降低。经多次文献检索，至今尚未发现有一种在无防燃保护措施条件下熔炼，也即在大气中直接熔炼，并保留镁合金良好的机械性能、切削加工性能以及热挤压、热轧、热锻和热处理等方面的良好性能的塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种在无保护措施下熔炼，也即在大气中直接熔炼的新颖塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺。

本发明的技术方案如下：通过加入一定的阻燃和其他元素以及运用相应的工艺方法，使镁合金表面生成致密的保护性氧化膜，从而阻止镁合金氧化燃烧的合金化途径，同时，由于Be、RE对阻燃性的提高，RE对机械性能的有益作用，以及Be含量与RE、Al、Zn、Mn元素的合理搭配，从而获得在大气中直接熔炼、铸锭、热挤压、热轧、热锻、热处理、高速切削加工方面良好性能的塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺，本发明包括两大部分内容：

本发明的组分配方重量百分比：1.0-6.0％Al、0-0.4％RE、1.0-0.2％Zn、0.005-0.2％Be、0.05-0.5％Mn，杂质元素限制为：Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

本发明的熔炼和塑性变形工艺为，在镁合金熔炼炉中加入干燥的工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部化清后，加入阻燃合金元素和强化合金元素Be、RE、Zn、Mn，其中，Be、RE、Zn、Mn元素分别以Al-Be中间合金、富铈混合稀土、工业纯Zn、Al-Mn中间合金的形式加入，或者将Al、Be、富铈混合稀土、工业纯Zn、工业纯Mn配成中间合金一起加入。待合金元素全部熔化后，搅拌合金液使成份均匀，当镁合金液温度升至710-740℃时，加入变质剂变质处理，在710-740℃加入精炼剂精炼镁合金液5-15分钟，或者在710-740℃精炼镁合金液后，进行变质处理，然后在710-740℃再次精炼镁合金液，或者只在710-740℃精炼镁合金液。最后，使镁合金液温度控制在710-740℃，静置10-20分钟后，撇去浮渣，合金液就可以暴露于空气中完成以后的浇注操作和其它加工处理。铸锭、挤压材、轧材可以在300-550℃以下直接进行挤压、轧制和锻造。

本发明具有实质性特点和显著的进步，在没有保护措施的条件下熔炼，也即在大气中直接熔炼的条件下能够实现：不需要保护措施直接用浇包浇注和铸锭；不需要保护措施就可以热挤压、热轧、热锻：不需要防燃保护措施就可以在空气中热处理、高速切削加工。变形阻燃镁合金铸锭、挤压材和轧材可以不需要任何防燃保护措施进行挤压、轧制和锻造，本发明的燃点大于800℃，在400℃的挤压变形量大于90％，本发明的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性分别大于220MPa、8％、20J。

以下将给实施例对本发明进一步描述：

实施例1

合金的成分(重量百分比)为：1.0％Al、1.0％Zn、0.005％Be、0.05％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

按上述成分配制合金，在工业用镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，加入Al-Be中间合金、工业纯Zn、Al-Mn中间合金。当合金元素全部熔化、金属液温度升至710℃时，加入镁合金精炼剂精炼，然后进行变质处理，然后再次精炼，或者当金属液温度为710℃时，进行变质处理，然后进行精炼，或者在710℃时只进行精炼，精炼完毕静置10分钟后，撇去金属液表面浮渣，镁合金液温度在680℃即可采用浇包盛镁合金液浇注铸锭。本发明的室温抗拉强度、伸长率分别达到220MPa、8％。铸锭在无任何防燃保护措施的条件下，在400℃挤压变形可以达到95％。铸锭或挤压材可以无任何防燃保护措施的条件下在300℃进行挤压、热轧和锻造，并且，可以进行淬火、淬火后人工时效热处理和进行高速切削加工。

实施例2

合金的成分(重量百分比)为：6.0％Al，0.2％RE、0.2％Zn、0.055％Be、0.5％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

按上述成分配制合金，在工业用镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，加入Al-Be中间合金、工业纯Zn、Al-Mn中间合金，当合金元素全部熔化、温度升至740℃时，，加入镁合金精炼剂精炼，精炼完毕静置20分钟后，撇去金属液表面浮渣，镁合金液温度在720℃即可采用浇包盛镁合金液浇注铸锭。铸锭在无任何防燃保护措施的条件下在400℃的挤压变形可达95％，铸锭和挤压材在无任何防燃保护措施的条件下，在550℃进行挤压、热轧和锻造，本发明的室温抗拉强度、伸长率能分别达到230MPa、10％。并且，可以进行淬火、淬火后人工时效热处理和进行高速切削加工。

实施例3

合金的成分(重量百分比)为：3.0％Al、0.2％RE、0.6％Zn、0.025％Be、0.2525％Mn，限制杂质元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余为Mg。

按上述成分配制合金，在镁合金熔炼炉中，加入工业纯镁，同时，在炉内撒入少量镁合金熔炼用覆盖剂，待镁全部熔化后，加入Al-Be中间合金、工业纯Zn、Al-Mn中间合金。当合金元素全部熔化、金属液温度升至725℃时，加入镁合金精炼剂精炼，然后进行变质处理，然后再次精炼，或者当金属液温度为725℃时，进行变质处理，然后进行精炼，或者在725℃只进行精炼。精炼完毕静置15分钟后，撇去金属液表面浮渣，镁合金液温度在700℃即可采用浇包盛镁合金液浇注铸锭。铸锭在无任何燃保护措施的条件下在400℃的挤压变形可以达到90％。铸锭或挤压材可以在无任何防燃保护措施的条件下，在425℃进行挤压、热轧和锻造。本发明的室温抗拉强度、伸长率能分别达到260Mpa、8％。铸件可以在无保护的条件进行淬火、淬火后人工时效热处理和进行高速切削加工。