[发明专利]一种用于Mg-Mn系铸态镁合金的晶粒细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg-Mn系铸态镁合金晶粒的细化方法，属于金属材料及冶金领域。

背景技术

镁及其合金以其密度小、比强度比刚度高、导电导热性能好、电磁屏蔽能力强、易于 回收以及色泽美观等优良特性得到人们的广泛关注，尤其是在汽车减重方面具有极大潜 力，可以节能、降耗、减排。镁被誉为二十一世纪最轻的绿色金属结构材料。

镁能够广泛用于结构材料的前提之一是应具有良好的抗腐蚀性能。锰是提高镁耐腐蚀 性能的最有效的合金元素。因而镁锰系镁合金作为最早的商业化合金，在铸造产品如核反 应器构件，以及变形产品，包括板材、棒材、管材等方面均得到了应用。该系列最早的商 用合金牌号为MB1，含有1.3-2.5wt％的Mn元素。合金的室温组织由α(Mg)固溶体和β(Mn) 两相组成。但是，这类合金的缺点是铸态组织晶粒粗大，强度和塑性不高。

目前克服Mg-Mn合金上述缺点的方法是加入少量稀土元素Ce，形成Mg-Mn-Ce三元 合金，其商用合金牌号为MB8(0.15-0.35wt％)和MB14(2.5-3.5wt％)。与MB1相比，MB8 和MB14的强度和高温性能有明显改善。合金中的Ce一部分溶解于固溶体中，另一部分 与镁形成Mg₁₂Ce强化相。但是，这种Mg₁₂Ce相是通过L→α(Mg)+Mg₁₂Ce的共晶反应以 晶界粗大共晶产物形式存在的，该相与基体之间不存在共格关系，其强化机制为过剩相强 化，因此强化作用有限；在一定范围内适当提高Ce含量，虽然可进一步提高合金强度， 但是Mg₁₂Ce相体积分数的增加将大幅度降低合金的塑性，恶化合金的加工性能和使用性 能。另外，Ce对铸态合金晶粒没有明显的细化效果，某些研究表明Ce的加入反而使晶粒 粗大。

众所周知，无论是铸件还是变形产品，总是希望得到细小晶粒的铸态组织。晶粒细化 不仅可以均匀组织、降低偏析程度、减少缩孔和疏松，还可以明显改善铸锭的后续加工性 能和使用性能，同时提高材料的强度和塑性。因此，铸态组织晶粒粗大已成为制约Mg-Mn 系合金广泛用于各种铸造产品和变形产品的关键因素。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所解决的技术问题是提供一种晶粒细化效果 好，使铸件性能得到有效提高的用于Mg-Mn系铸态镁合金的晶粒细化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于Mg-Mn系铸态镁合金的晶粒 细化方法，其特点在于，在Mg-Mn基体合金熔炼过程中加入总重量百分含量为0.1～1.1％ 的Al元素和Er元素进行复合合金化，并且所加入的两种元素的原子百分比为3∶1。所述 原子百分比即指原子百分含量之比。

本发明提供的采用Al、Er元素复合合金化来细化Mg-Mn系铸态镁合金晶粒的方法， 具体包括以下步骤：

1.在坩埚中均匀洒上RJ-2覆盖剂，然后加入镁锭，再在镁锭上均匀洒一层RJ-2覆盖 剂，并加热到750℃；

2.待镁锭完全熔化后，打渣，然后加入预热至300～350℃的Mg-Mn中间合金，全部 熔融后，搅拌3～5min，使合金液均匀化；

3.将合金液温度调整到750℃，然后同时加入预先配置好的一定重量和比例的Mg-Er 中间合金和纯铝，Mg-Er中间合金和纯铝均预先加热至300～350℃；所述一定重量和比例， 是指此步骤中加入Mg-Er中间合金和纯铝之后，应该使得Al元素和Er元素的比例含量符 合前述技术方案中的比例和含量。

4.待加入的Mg-Er中间合金和纯铝完全熔化后，搅拌20-30秒。调整合金液温度到 750℃，保温5min，然后加入RJ-2进行精炼。在精炼的过程中将RJ-2覆盖剂洒在从底部翻 上来的新的金属液面上；

5.调整合金液温度至750℃静置30min；

6.降温至715-725℃，在CO₂+SF₂气体保护下浇注。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明在Mg-Mn基体合金中加入原子百分比为3∶1的微合金化元素Al和Er，使 其在凝固过程中优先生成大量细小的异质相粒子Al₃Er从合金液中析出，后凝固的镁熔体 将以这些异质相为形核核心生长，从而达到细化晶粒的目的。