[发明专利]一种单相过饱和固溶体镁铝系合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相过饱和固溶体镁铝系合金及其制备方法，属于冶金领域。

背景技术

镁铝系合金具有优异的力学性能和加工性能，在航空、航天、汽车和电子等领域有广泛的应用。镁铝系合金中常见的有AZ31(Mg-3Al-1Zn)、 AM60(Mg-6Al-0.5Mn)、AZ91(Mg-9Al-1Zn)以及国产AZ61M、AZ62M、AZ80M等，其特点是具有较好的塑性，可以进行较大的塑性变形，因此往往作为形变镁合金使用。镁铝系合金的强度和塑性主要取决于铝在合金中的存在形式，由于铝在镁中的溶解度随温度的变化率很高，且高温下的饱和溶解度极高(437℃，铝在镁中的饱和溶解度可达质量百分比约13％)，因此镁铝合金中，铝主要的强化作用是固溶强化和析出强化，镁铝系合金通常采用的热处理工艺是固溶加时效处理，先在400℃左右或者更高温度长时间保温，然后快速冷却，再在较低温度下保温让第二相析出。这种工艺的原理是让铝尽可能地溶解到镁基体中，然后在时效过程中析出大量弥散分布的细小析出相。析出相的数量和尺寸是影响材料力学性能的关键，短时间低温时效的条件下如果能得到细小而弥散分布的析出相，这样材料的强度才可能达到最大。因此在时效之前铝能否完全固溶到镁基体之中是决定后续时效处理后材料强度的关键。然而目前所使用的热处理工艺针对高铝镁合金很难完全将铝溶解得到单相过饱和固溶体高铝镁合金，总体来说这种方法存在两个不足，一是长时间加热造成晶粒粗大，材料力学性能和加工性能下降，二是即使长时间均匀化处理也很难将第二相完全溶解在基体中，很难得到单相过饱和固溶体的组织。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种单相过饱和固溶体镁铝系合金及其制备方法，低成本、高效率。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，包括下列步骤：

(1)将镁、铝以及少量合金元素加热后熔化；

(2)将步骤(1)熔化后的金属熔融物进行搅拌、精炼处理；

(3)将步骤(2)精炼后的金属熔融物浇铸成合金铸锭；

(4)将步骤(3)完成的合金铸锭进行等通道挤压操作；

(5)对步骤(4)完成的镁铝合金进行进行固溶处理，在固溶处理的过程中进行加热操作；

(6)对步骤(5)完成的镁铝合金进行冷却淬火后即可得到单相过饱和固溶体镁铝系合金的显微组织。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述合金铸锭中铝元素的质量为合金铸锭的质量的5％-13％，合金铸锭中合金元素的质量含量少于1％，余量为镁。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述合金元素为锰、锌、稀土等合金元素。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述等通道挤压变形操作的挤压变形次数大于等于6次。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述等通道挤压变形操作的同时进行加热操作，加热温度为150℃-300℃。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述步骤(5)中固溶处理的过程中的加热温度为350-450℃。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，所述步骤(6)中的淬火介质为清水、无机盐或碱的水溶液、有机物水溶液、植物油、全损耗系统用油、专用淬火油、熔盐、溶融金属、空气、还原性气体、中性气体、惰性气体中的一种或者两种以上结合使用。

优化的，上述单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，将步骤(3)完成的合金铸锭进行均匀化热处理。

一种单相过饱和固溶体镁铝系合金，此种镁铝合金由权利要求1至权利要求 8所述的单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法制备而成。

本发明的优点在于它能克服现有技术的弊端，方法设计合理新颖，是一种低成本、高效率的单相过饱和固溶体镁铝系合金制备方法，由此方法制备的单相过饱和固溶体镁铝系合金制造成本低，室温延伸率高。

本申请的方法中，在将镁铝系材料制成铸锭后，对镁铝系合金先进行剧烈塑性变形处理，当应变量足够大时，原先粗大的第二相破碎成小颗粒，同时晶粒会显著细化并有大量位错、空位等晶体缺陷。单位体积内相界面数量越多，扩散速度越快，并且溶质原子需要扩散的距离越短，材料中大量晶粒缺陷对于铝在基体中的扩散非常有利。在随后的热处理过程中，第二相的溶解速度大大加快，从而得到单相过饱和固溶体的镁铝合金。