RU2543574C2

RU2543574C2 - Magnesium alloy suitable for use at ambient temperature, and method of its obtaining

Info

Publication number: RU2543574C2
Application number: RU2012140398/02A
Authority: RU
Inventors: Шае К. КИМ; Йюн Хо СЕО
Original assignee: Корейский Институт Промышленных Технологий
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2015-03-10
Also published as: EP2374906B1; RU2012140398A; TW201202435A; AU2011233968B2; PL2374906T3; TWI460280B; CA2794897A1; AU2011233968A1; EP2374906A1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, in particular to magnesium alloy suitable for use at ambient temperature. The method of obtaining of magnesium-based alloy includes the smelting-of magnesium or magnesium alloy, addition from 0.05 wt % up to 1.2 wt % of calcium oxide (CaO) to the melt surface, agitation with ensuring, in essence, of complete consumption of CaO, ensuring of interaction of calcium (Ca), obtained as a result of the named reaction, with the named melt, alloy casting and solidification.

EFFECT: alloy is characterised by improved characteristics of tearing strength, yield stress, elongation at ambient temperature.

11 cl, 15 dwg, 5 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к магниевым сплавам, подходящим для применения при комнатной температуре, с высокой прочностью/высоким удлинением, а также к способам их получения.The present invention relates to magnesium alloys suitable for use at room temperature, with high strength / high elongation, as well as to methods for their preparation.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время магнийалюминиевые сплавы широко используются в различных отраслях промышленности. При добавлении алюминия (Аl) к магниевому (Mg) сплаву происходит увеличение прочности магниевого сплава, снижение температуры его плавления и увеличение текучести в связи с упрочнением твердого раствора в присутствии алюминия и зернограничным упрочнением в связи с формированием β-фазы (Mg₁₇Al₁₂). Поэтому магниевые сплавы с добавлением алюминия подходят для литья под давлением. Однако из-за увеличения доли β-фаз, отличающихся высокой хрупкостью, ухудшается пластичность. Для применения в составе автомобильных деталей магниевые сплавы не должны сразу же разрушаться, а должны выдерживать воздействие за счет поглощения его энергии, даже если воздействие приходится на них. В связи с этим магниевые сплавы должны иметь высокую пластичность при комнатной температуре. Повышение пластичности также позволяет обеспечить технологичность и формуемость продукта.At present, magnesium-aluminum alloys are widely used in various industries. When aluminum (Al) is added to a magnesium (Mg) alloy, there is an increase in the strength of the magnesium alloy, a decrease in its melting point and an increase in fluidity due to hardening of the solid solution in the presence of aluminum and grain-boundary hardening due to the formation of the β phase (Mg ₁₇ Al ₁₂ ) . Therefore, magnesium alloys with the addition of aluminum are suitable for injection molding. However, due to the increase in the proportion of β-phases that are highly brittle, ductility worsens. For use in automotive parts, magnesium alloys should not be immediately destroyed, but must withstand the impact by absorbing its energy, even if the impact is on them. In this regard, magnesium alloys must have high ductility at room temperature. The increase in ductility also allows for manufacturability and formability of the product.

Поэтому для обеспечения прочности и литьевых характеристик магниевых сплавов требуется разработка магнийалюминиевых сплавов, отличающихся высокой пластичностью, в которых степень добавления алюминия должна поддерживаться на заранее заданном уровне или превышать его. В общем случае повышение пластичности сопровождается ухудшением прочности. Если повышение пластичности вызывает снижение прочности, этот фактор также ограничивает область применения сплавов и тем самым затрудняет коммерческое использование магниевых сплавов.Therefore, to ensure the strength and casting characteristics of magnesium alloys, it is necessary to develop magnesium aluminum alloys characterized by high ductility, in which the degree of addition of aluminum must be maintained at or exceed a predetermined level. In general, an increase in ductility is accompanied by a deterioration in strength. If the increase in ductility causes a decrease in strength, this factor also limits the scope of the alloys and thereby complicates the commercial use of magnesium alloys.

Соответственно, следует одновременно учитывать как пластичность, так и прочность. Для повышения пластичности магнийалюминиевых сплавов следует подавлять формирование β-фаз, отличающихся высокой хрупкостью, за счет формирования новой фазы путем добавления элементов, высокореакционноспособных по отношению к Mg или Аl.Accordingly, both ductility and strength should be taken into account simultaneously. To increase the ductility of magnesium-aluminum alloys, it is necessary to suppress the formation of β-phases, which are highly brittle, by forming a new phase by adding elements highly reactive with respect to Mg or Al.

Описание изобретения Description of the invention

Техническая задачаTechnical challenge

Задачей настоящего изобретения является обеспечение магниевого, подходящего для применения при комнатной температуре, получаемого путем добавления оксида щелочноземельного металла (в частности, оксида кальция) к расплавленному магнию или магниевому сплаву, а также способа его получения. Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение магниевого, подходящего для применения при комнатной температуре, позволяющего одновременно повысить пластичность и прочность за счет повышения внутренней целостности отливки, например, путем снижения количества оксидов, включений и пор, путем добавления к магниевому сплаву СаО, а также способа получения магниевого сплава, подходящего для применения при комнатной температуре.It is an object of the present invention to provide magnesium suitable for use at room temperature, obtained by adding alkaline earth metal oxide (in particular calcium oxide) to molten magnesium or a magnesium alloy, as well as a method for producing it. Another objective of the present invention is the provision of magnesium, suitable for use at room temperature, while simultaneously increasing ductility and strength by increasing the internal integrity of the casting, for example, by reducing the number of oxides, inclusions and pores, by adding CaO to the magnesium alloy, as well as a method for producing magnesium alloy suitable for use at room temperature.

Задачи настоящего изобретения не ограничиваются описанными выше, и специалистам в данной области техники, исходя из приведенных ниже сведений, будут очевидны другие задачи, не описанные в настоящем разделе.The objectives of the present invention are not limited to those described above, and other tasks not described in this section will be apparent to those skilled in the art based on the information below.

Техническое решениеTechnical solution

В соответствии с примером реализации настоящего изобретения, способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава; добавление 0,05 мас. % до 1,2 мас. % оксида кальция (СаО) на поверхность расплава, в котором расплавлен магний или магниевый сплав; расходование СаО в процессе поверхностного перемешивания, с тем чтобы при протекании в достаточной степени реакции между расплавом и СаО в магнии или магниевом сплаве не осталось бы, по существу, СаО; и обеспечение возможности взаимодействия кальция (Са), полученного в результате реакции, с расплавом, чтобы в составе магния или магниевого сплава, по существу, не оставалось кальция.According to an exemplary embodiment of the present invention, a method for producing a magnesium-based alloy comprises melting magnesium or a magnesium alloy; the addition of 0.05 wt. % to 1.2 wt. % calcium oxide (CaO) on the surface of the melt in which the magnesium or magnesium alloy is molten; the consumption of CaO in the surface mixing process, so that if the reaction between the melt and CaO proceeds in a sufficient degree, essentially no CaO would remain in the magnesium or magnesium alloy; and allowing the interaction of the calcium (Ca) resulting from the reaction with the melt so that essentially no calcium remains in the magnesium or magnesium alloy.

В частности, количество добавленного СаО может находиться в пределах от 0,2 до 0,9 мас. %. Количество добавленного СаО может находиться в пределах от 0,3 до 0,7 мас. %. Соединение, полученное в результате добавления кальция, может включать по меньшей мере одно из следующих соединений: Mg₂Ca, Al₂Ca и (Mg, Al)₂Ca.In particular, the amount of CaO added can range from 0.2 to 0.9 wt. % The amount of CaO added can range from 0.3 to 0.7 wt. % The compound obtained by adding calcium may include at least one of the following compounds: Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca and (Mg, Al) ₂ Ca.

В соответствии с другим примером реализации настоящего изобретения, сплав на магниевой основе характеризуется тем, что сплав на магниевой основе получают путем добавления от 0,05 мас. % до 1,2 мас. % СаО к расплавленному магнию или магниевому сплаву, и частичного или полного расходования СаО путем реакции восстановления СаО с расплавленным магнием или магниевым сплавом, причем сплав на магниевой основе содержит соединение, полученное в результате объединения Са с Mg или другими легирующими элементами в сплаве на магниевой основе, что позволяет обеспечить более высокие значения механических свойств при комнатной температуре по сравнению с магнием или магниевыми сплавами, к которым не добавляют СаО. В частности, механические свойства при комнатной температуре могут представлять собой любое из следующих свойств: предел текучести при комнатной температуре, прочность на разрыв при комнатной температуре и удлинение при комнатной температуре.In accordance with another example implementation of the present invention, the magnesium-based alloy is characterized in that the magnesium-based alloy is obtained by adding from 0.05 wt. % to 1.2 wt. % CaO to molten magnesium or a magnesium alloy, and partial or complete consumption of CaO by a reduction reaction of CaO with molten magnesium or a magnesium alloy, wherein the magnesium-based alloy contains a compound obtained by combining Ca with Mg or other alloying elements in a magnesium-based alloy , which allows to provide higher values of mechanical properties at room temperature in comparison with magnesium or magnesium alloys, to which CaO is not added. In particular, mechanical properties at room temperature can be any of the following properties: yield strength at room temperature, tensile strength at room temperature, and elongation at room temperature.

Механические свойства при комнатной температуре могут увеличиваться при увеличении количества добавленного СаО. Предел текучести при комнатной температуре или прочность на разрыв при комнатной температуре могут увеличиваться одновременно с увеличением удлинения при комнатной температуре при увеличении количества добавленного СаО.The mechanical properties at room temperature can increase with increasing amount of CaO added. The yield strength at room temperature or the tensile strength at room temperature can increase simultaneously with an increase in elongation at room temperature with an increase in the amount of CaO added.

Количество добавленного СаО может находиться в пределах от 0,2 мас. % до 0,9 мас. %, и количество добавленного СаО может находиться в пределах от 0,3 мас. % до 0,7 мас. %. Соединение, полученное в результате добавления Са, может включать по меньшей мере одно из следующих соединений: Mg₂Ca, Al₂Ca и (Mg, Аl)₂Са.The amount of CaO added can range from 0.2 wt. % to 0.9 wt. %, and the amount of CaO added can range from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % The compound obtained by adding Ca may include at least one of the following compounds: Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca and (Mg, Al) ₂ Ca.

ПреимуществаBenefits

Как указано выше, согласно настоящему изобретению, при добавлении СаО к коммерчески доступному магниевому сплаву микроструктура магниевого сплава становится более мелкодисперсной, причем образуются фазы типа Аl₂Са и аналогичные им. Кроме того, добавление СаО позволяет предотвратить образование β-фаз (Mg₁₇Al₁₂), отличающихся высокой хрупкостью, и существенно уменьшить дефекты литья.As indicated above, according to the present invention, when CaO is added to a commercially available magnesium alloy, the microstructure of the magnesium alloy becomes finer, and phases of the type Al ₂ Ca and the like are formed. In addition, the addition of CaO can prevent the formation of β-phases (Mg ₁₇ Al ₁₂ ), which are highly brittle, and significantly reduce casting defects.

Следовательно, добавление СаО приводит к одновременному повышению как прочности, так и пластичности магниевого сплава.Therefore, the addition of CaO leads to a simultaneous increase in both the strength and ductility of the magnesium alloy.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена блок-схема, показывающая способ получения сплава на магниевой основе согласно настоящему изобретению;1 is a flowchart showing a method for producing a magnesium-based alloy according to the present invention;

На фиг.2 представлена блок-схема, показывающая диссоциацию оксида щелочноземельного металла (СаО), добавленного к магниевому сплаву согласно настоящему изобретению;Figure 2 is a block diagram showing the dissociation of an alkaline earth metal oxide (CaO) added to a magnesium alloy according to the present invention;

На фиг.3 представлена схема, показывающая диссоциацию оксида щелочноземельного металла (СаО) путем перемешивания верхнего слоя магниевого сплава согласно настоящему изобретению;3 is a diagram showing the dissociation of an alkaline earth metal oxide (CaO) by mixing the upper layer of a magnesium alloy according to the present invention;

На фиг.4а представлена фотография, на которой показана микроструктура продукта, полученного методом литья под давлением, с использованием AZ91D в соответствии с примером сравнения;Fig. 4a is a photograph showing the microstructure of a product obtained by injection molding using AZ91D in accordance with an example of comparison;

На фиг.4b и 4с представлены фотографии, на которых показаны микроструктуры продуктов, полученных методом литья под давлением, с использованием магниевых сплавов, изготовленных путем добавления к AZ91D 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО соответственно, согласно настоящему изобретению;Figures 4b and 4c are photographs showing the microstructures of products obtained by injection molding using magnesium alloys made by adding 0.3 wt.% To AZ91D. % and 0.7 wt. % CaO, respectively, according to the present invention;

На фиг.5а-5d представлены фотографии, на которых показаны результаты экспериментального исследования методом ЭРС для магниевых сплавов, полученных по способу согласно настоящему изобретению;On figa-5d presents photographs showing the results of experimental research by the method of EMF for magnesium alloys obtained by the method according to the present invention;

На фиг.6а-6d представлены изображения СЭМ, на которых показаны поверхности излома образцов для испытания магниевых сплавов, полученных согласно настоящему изобретению;6a-6d are SEM images showing fracture surfaces of specimens for testing magnesium alloys prepared according to the present invention;

На фиг.7 представлен график, на котором показаны значения пределов текучести при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных при изменении содержания СаО согласно настоящему изобретению, по сравнению со значениями пределов текучести при комнатной температуре для магниевых сплавов без использования СаО;7 is a graph showing the yield strengths at room temperature for magnesium alloys obtained by changing the CaO content according to the present invention, compared with the values of yield strengths at room temperature for magnesium alloys without using CaO;

На фиг.8 представлен график, на котором показаны значения прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных при изменении содержания СаО согласно настоящему изобретению, по сравнению со значениями прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов без использования СаО;On Fig presents a graph showing the values of tensile strength at room temperature for magnesium alloys obtained by changing the content of CaO according to the present invention, compared with the values of tensile strength at room temperature for magnesium alloys without using CaO;

На фиг.9 представлен график, на котором показаны значения удлинения при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных при изменении содержания СаО согласно настоящему изобретению, по сравнению со значениями удлинения при комнатной температуре для магниевых сплавов без использования СаО;Fig. 9 is a graph showing elongation at room temperature for magnesium alloys obtained by changing the CaO content of the present invention, compared with elongation at room temperature for magnesium alloys without using CaO;

На фиг.10 представлен график, на котором показаны значения удлинения при комнатной температуре и прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных при изменении содержания СаО согласно настоящему изобретению, по сравнению со значениями удлинения при комнатной температуре и прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов без использования СаО;10 is a graph showing elongation at room temperature and tensile strength at room temperature for magnesium alloys obtained by changing the CaO content of the present invention, compared with elongation at room temperature and tensile strength at room temperature for magnesium alloys without the use of CaO;

На фиг.11 приведен график, на котором представлены значения твердости при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в сплав AZ91D соответственно, по сравнению с твердостью при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО;Figure 11 shows a graph showing the values of hardness at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in the AZ91D alloy, respectively, compared with the hardness at room temperature for the magnesium alloy AZ91D without using CaO;

На фиг.12 приведен график, на котором представлены значения пределов текучести при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в сплав AZ91D соответственно, по сравнению с пределами текучести при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО;12 is a graph showing yield strength values at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in the AZ91D alloy, respectively, compared with the yield strength at room temperature for the magnesium alloy AZ91D without using CaO;

На фиг.13 приведен график, на котором представлены значения прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в сплав AZ91D соответственно, по сравнению с прочностью на разрыв при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО;13 is a graph showing tensile strengths at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in the AZ91D alloy, respectively, compared with the tensile strength at room temperature for the magnesium alloy AZ91D without using CaO;

На фиг.14 приведен график, на котором представлены значения удлинения при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в сплав AZ91D соответственно, по сравнению с удлинением при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО; и On Fig shows a graph showing the values of elongation at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in the AZ91D alloy, respectively, compared with elongation at room temperature for the magnesium alloy AZ91D without using CaO; and

На фиг.15 приведен график, характеризующий соотношения между удлинением при комнатной температуре и пределом текучести при комнатной температуре в магниевых сплавах, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в сплав AZ91D соответственно, в сравнении с соотношением между удлинением при комнатной температуре и пределом текучести при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО.On Fig shows a graph characterizing the relationship between elongation at room temperature and yield strength at room temperature in magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in the AZ91D alloy, respectively, in comparison with the ratio between elongation at room temperature and yield strength at room temperature for the magnesium alloy AZ91D without using CaO.

Наилучшие варианты реализации изобретенияThe best embodiments of the invention

Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на соответствующие чертежи. В каждом возможном случае для описания аналогичных или подобных элементов в составе описаний и чертежей используют подобные номера позиций. Кроме того, подробные описания, относящиеся к хорошо известным функциям или конфигурациям, будут исключены, с тем чтобы они не могли быть приняты за предмет настоящего изобретения.Preferred embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the relevant drawings. In each possible case, similar item numbers are used to describe similar or similar elements in descriptions and drawings. In addition, detailed descriptions relating to well-known functions or configurations will be omitted so that they cannot be taken as the subject of the present invention.

В настоящем изобретении способ получения нового сплава путем добавления СаО к расплавленному магнию и его сплаву используется для решения проблем, возникающих при добавлении кальция к магнию, а также для снятия ограничений по физическим свойствам.In the present invention, a method for producing a new alloy by adding CaO to molten magnesium and its alloy is used to solve problems arising from the addition of calcium to magnesium, as well as to remove limitations on physical properties.

На фиг.1 приведена блок-схема, описывающая способ получения сплава на магниевой основе согласно настоящему изобретению.1 is a flowchart describing a method for producing a magnesium-based alloy according to the present invention.

Как показано на фиг.1, способ получения сплава на магниевой основе согласно настоящему изобретению включает следующие стадии: получение расплава на магниевой основе (S1); добавление оксида щелочноземельного металла (в настоящем изобретении - СаО) (S2); перемешивание расплава на магниевой основе (S3); расходование оксида щелочноземельного металла (S4); обеспечение возможности реакции щелочноземельного металла (в настоящем изобретении - кальция) с расплавом на магниевой основе (S5); процесс литья (S6) и отверждение (S7). Хотя для удобства описания стадия расходования оксида щелочноземельного металла S4 и стадия обеспечения возможности реакции щелочноземельного металла с расплавом на магниевой основе S5 указаны как отдельные, данные две стадии S4 и S5 осуществляют практически одновременно. Таким образом, стадия S5 начинается в момент начала подачи щелочноземельного металла на стадии 4.As shown in FIG. 1, a method for producing a magnesium-based alloy according to the present invention includes the following steps: obtaining a magnesium-based melt (S1); the addition of alkaline earth metal oxide (CaO in the present invention) (S2); stirring a magnesium-based melt (S3); consumption of alkaline earth metal oxide (S4); enabling the reaction of an alkaline earth metal (calcium in the present invention) with a magnesium-based melt (S5); casting process (S6) and curing (S7). Although for convenience of description, the step of consuming alkaline earth metal oxide S4 and the step of allowing the alkaline earth metal to react with the magnesium-based melt S5 are indicated as separate, these two steps S4 and S5 are carried out almost simultaneously. Thus, step S5 begins at the time of starting the supply of alkaline earth metal in step 4.

На стадии получения расплава на магниевой основе S1 магний или магниевый сплав помещают в тигель и нагревают до температуры, составляющей от 400°C до 800°C в атмосфере защитного газа. Затем в тигле расплавляют магниевый сплав с получением расплава на магниевой основе.At the stage of obtaining the magnesium-based melt S1, the magnesium or magnesium alloy is placed in a crucible and heated to a temperature of 400 ° C to 800 ° C in a protective gas atmosphere. The magnesium alloy is then melted in the crucible to form a magnesium-based melt.

Температура плавления магния или магниевого сплаваMelting point of magnesium or magnesium alloy

Температура, указанная здесь как необходимая для плавления магния или магниевых сплавов, является температурой плавления чистого магния или магниевых сплавов. Температура плавления может быть различной в зависимости от типа сплава. Для протекания реакции в достаточной степени СаО добавляют, когда магний или магниевый сплав полностью находятся в расплавленном состоянии. Достаточной температурой плавления магния или магниевого сплава является температура, при которой твердая фаза расплавляется в достаточной степени, чтобы полностью существовать в виде жидкой фазы. Однако согласно настоящему изобретению для поддержания расплавленного магния в диапазоне температур с достаточным запасом требуется совершение работы, с учетом того, что температура расплавленного магния снижается в связи с добавлением СаО.The temperature indicated here as necessary for the melting of magnesium or magnesium alloys is the melting point of pure magnesium or magnesium alloys. The melting point may vary depending on the type of alloy. For the reaction to proceed sufficiently CaO is added when the magnesium or magnesium alloy is completely in the molten state. A sufficient melting point of magnesium or magnesium alloy is the temperature at which the solid phase is melted sufficiently to completely exist as a liquid phase. However, according to the present invention, to maintain molten magnesium in a temperature range with a sufficient margin, work is required, given that the temperature of the molten magnesium decreases due to the addition of CaO.

В данном случае при температуре менее 400°C сложно получить расплавленный магниевый сплав. С другой стороны, при температуре более 800°C существует риск воспламенения сплава на магниевой основе. Как правило, расплавленный магний образуется при температуре 600°C или более, в то время как расплавленный магниевый сплав может образовываться при температурах от 400°C до 600°C или менее. В целом, во многих случаях в металлургической промышленности температура начала плавления снижается по мере протекания процесса образования сплава.In this case, at a temperature of less than 400 ° C, it is difficult to obtain a molten magnesium alloy. On the other hand, at temperatures above 800 ° C there is a risk of ignition of the magnesium-based alloy. Typically, molten magnesium forms at a temperature of 600 ° C or more, while molten magnesium alloy can form at temperatures from 400 ° C to 600 ° C or less. In general, in many cases in the metallurgical industry, the melting onset temperature decreases as the alloy formation process proceeds.

При увеличении температуры плавления до слишком высокого уровня может происходить испарение жидкого металла. Также, в связи с наличием собственных характерных свойств, магний рано начинает воспламеняться, в результате чего могут происходить потери расплава магния и на итоговые физические свойства может быть оказано негативное влияние.If the melting point is increased to a too high level, evaporation of the liquid metal may occur. Also, due to the presence of its own characteristic properties, magnesium begins to ignite early, as a result of which a loss of magnesium melt can occur and the final physical properties can be negatively affected.

Магний, используемый на стадии получения расплава на магниевой основе S1, может представлять собой любой магний, выбранный из чистого магния, магниевого сплава и их аналогов. Кроме того, магниевый сплав может представлять собой любой магниевый сплав, выбранный из AZ91D, АМ20, АМ30, АМ50, АМ60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, АЕ42, АЕ44, АХ51, АХ52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, АМ-НР2, магний-Al, магний-Al-Re, магний-Al-Sn, магний-Zn-Sn, магний-Si, магний-Zn-Y и их аналогов; однако настоящее изобретение не ограничивается указанными вариантами. Можно использовать любой магниевый сплав, имеющийся в промышленности. На стадии добавления оксида щелочноземельного металла S2 к расплавленному магнию добавляют СаО в порошкообразной форме. Для ускорения реакции с магниевым сплавом предпочтительно, чтобы СаО был переведен в порошкообразную форму.The magnesium used in the S1 magnesium-based melt production step may be any magnesium selected from pure magnesium, a magnesium alloy, and their analogs. In addition, the magnesium alloy can be any magnesium alloy selected from AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, magnesium-Al, magnesium-Al-Re, magnesium-Al-Sn, magnesium-Zn-Sn, magnesium-Si, magnesium-Zn-Y and their analogues; however, the present invention is not limited to these options. Any magnesium alloy available in the industry can be used. In the step of adding an alkaline earth metal oxide S2 to the molten magnesium, CaO in powder form is added. To accelerate the reaction with the magnesium alloy, it is preferable that CaO be converted to a powder form.

Порошкообразная форма СаОPowdered CaO

В качестве исходного материала для реакции можно использовать СаО в любой форме. Предпочтительно добавление СаО осуществляют в порошкообразном состоянии, чтобы увеличить площадь поверхности для обеспечения высокого выхода реакции. Если добавка находится в слишком мелкодисперсном состоянии, т.е. размер частиц не превышает 0,1 мкм, существует вероятность рассеяния добавки испаряющимся магнием или потоком горячих газов, что затрудняет введение добавки в печь. Кроме того, происходит агломерация частиц между собой, и объединенные таким образом частицы не способны легко смешиваться с жидким расплавленным металлом. Напротив, нежелательно использовать слишком грубодисперсный порошок, так как общая площадь поверхности при этом не увеличивается. Предпочтительный оптимальный размер частиц не должен превышать 500 мкм. Более предпочтительно размер частиц может составлять 200 мкм или менее.CaO in any form can be used as starting material for the reaction. Preferably, CaO is added in powder form to increase surface area to provide high reaction yield. If the additive is too finely divided, i.e. the particle size does not exceed 0.1 microns, there is a possibility of dispersion of the additive by evaporating magnesium or a stream of hot gases, which makes it difficult to introduce the additive into the furnace. In addition, the particles agglomerate among themselves, and the particles thus combined are not able to mix easily with molten liquid metal. On the contrary, it is undesirable to use too coarse powder, since the total surface area does not increase. The preferred optimum particle size should not exceed 500 microns. More preferably, the particle size may be 200 μm or less.

Для того чтобы предотвратить рассеяние порошкообразной фазы возможно введение СаО в форме гранул, являющихся агломератами, полученными из порошка.In order to prevent the dispersion of the powder phase, CaO can be introduced in the form of granules, which are agglomerates obtained from the powder.

Добавление оксида щелочноземельного металла (оксида кальция)Addition of alkaline earth metal oxide (calcium oxide)

В настоящем изобретении в качестве оксида щелочноземельного металла, добавляемого к расплавленному магнию, использовался СаО. Кроме того, в качестве оксида щелочноземельного металла можно использовать любые оксиды, выбранные из оксида стронция (SrO), оксида бериллия (ВеО), оксида магния (MgO) и их аналогов.In the present invention, CaO was used as an alkaline earth metal oxide added to the molten magnesium. In addition, any oxide selected from strontium oxide (SrO), beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO) and their analogues can be used as an alkaline earth metal oxide.

Добавление оксида щелочноземельного металла, используемого на стадии добавления оксида щелочноземельного металла S2, можно осуществлять в диапазоне от 0,001 до 30 мас. %.The addition of alkaline earth metal oxide used in the step of adding alkaline earth metal oxide S2 can be carried out in the range from 0.001 to 30 wt. %

Количество вводимого оксида щелочноземельного металла определяется итоговым планируемым компонентным составом сплава. Т.е. количество СаО можно определять путем проведения обратных расчетов, исходя из требуемого количества кальция, которое необходимо ввести в состав магниевого сплава. Физические свойства магниевого сплава отличаются от его исходных физических свойств, если количество кальция, введенного непрямым образом в состав магниевого сплава, превышает 21,4 мас. % (30 мас. % при расчете для СаО), и, следовательно, предпочтительно, чтобы количество вводимого СаО было установлено на уровне 30 мас. % или менее.The amount of alkaline earth metal oxide introduced is determined by the final planned component composition of the alloy. Those. the amount of CaO can be determined by performing inverse calculations based on the required amount of calcium, which must be introduced into the composition of the magnesium alloy. The physical properties of a magnesium alloy differ from its original physical properties if the amount of calcium introduced indirectly into the composition of the magnesium alloy exceeds 21.4 wt. % (30 wt.% When calculated for CaO), and therefore, it is preferable that the amount of CaO introduced is set at 30 wt. % or less.

В настоящем изобретении количество вводимого СаО, используемого в качестве оксида щелочноземельного металла, составляет от 0,05 мас. % до 1,2 мас. %. Исключительные физические свойства, например высокие значения прочности при комнатной температуре (прочность на разрыв/предел текучести) и удлинения при комнатной температуре, могут быть получены при количестве вводимого СаО 1,2 мас. % или менее. Улучшение физических свойств было относительно невелико, когда вводимое количество было менее 0,05 мас. %. Более предпочтительно, если количество СаО составляет от 0,2 мас. % до 0,9 мас. %. Еще более предпочтительно, если количество СаО составляет от 0,3 мас. % до 0,7 мас. %. Исключительные физические свойства, т.е. исключительно высокая прочность/высокое удлинение при комнатной температуре могут быть получены для количества вводимого СаО от 0,3 мас. % до 0,7 мас. %. Также в пределах от 0,3 мас. % до 0,7 мас. % СаО механические свойства при комнатной температуре (прочность на разрыв, предел текучести, удлинение) увеличиваются при увеличении количества СаО.In the present invention, the amount of CaO used as an alkaline earth metal oxide is from 0.05 wt. % to 1.2 wt. % Exceptional physical properties, for example, high strength values at room temperature (tensile strength / yield strength) and elongations at room temperature, can be obtained when the amount of CaO introduced is 1.2 wt. % or less. The improvement in physical properties was relatively small when the amount administered was less than 0.05 wt. % More preferably, if the amount of CaO is from 0.2 wt. % to 0.9 wt. % Even more preferably, if the amount of CaO is from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % Exceptional physical properties, i.e. exceptionally high strength / high elongation at room temperature can be obtained for the amount of CaO introduced from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % Also in the range of 0.3 wt. % to 0.7 wt. % CaO mechanical properties at room temperature (tensile strength, yield strength, elongation) increase with increasing amount of CaO.

На стадии перемешивания S3 расплавленный магний перемешивают в течение периода времени от 1 секунды до 60 минут на 0,1 мас. % добавленного СаО.In the mixing step S3, molten magnesium is mixed for a period of time from 1 second to 60 minutes per 0.1 wt. % CaO added.

При этом если время перемешивания менее 1 секунды/0,1 мас. %, то СаО не смешивается в достаточной степени с расплавленным магнием; и если время перемешивания более 60 минут/0,1 мас. %, время перемешивания расплавленного магния может увеличиться излишне. В целом время перемешивания зависит от объема расплавленного магния и количества вводимого СаО.Moreover, if the mixing time is less than 1 second / 0.1 wt. %, then CaO does not mix sufficiently with molten magnesium; and if the mixing time is more than 60 minutes / 0.1 wt. %, the mixing time of molten magnesium may increase unnecessarily. In general, the mixing time depends on the volume of molten magnesium and the amount of CaO introduced.

Требуемое количество порошкообразных оксидов можно вводить единовременно. Однако для увеличения скорости реакции и снижения тенденции к агломерации предпочтительно, чтобы порошкообразные добавки вводили последовательно через определенный период времени относительно времени первого ввода, или же порошкообразные добавки объединяли бы в несколько партий требуемого объема, а указанные партии вводили последовательно.The required amount of powdered oxides can be administered at a time. However, in order to increase the reaction rate and reduce the tendency to agglomeration, it is preferable that the powder additives are administered sequentially after a certain period of time relative to the time of the first injection, or the powder additives are combined into several batches of the required volume, and these batches are administered sequentially.

Способ и условия перемешиванияMethod and conditions of mixing

Для эффективного протекания реакции между магнием или магниевым сплавом и оксидом кальция согласно настоящему изобретению предпочтительно осуществлять перемешивание расплавленного магния. В целом перемешивание можно осуществлять за счет создания электромагнитного поля с использованием устройства, способного генерировать электромагнитные поля вокруг печи, где содержится расплавленный магний, в результате чего в расплавленном магнии начинается конвекция. Также для расплавленного магния можно применять искусственное перемешивание (механическое перемешивание), осуществляемое извне. В случае механического перемешивания, его можно осуществлять таким образом, чтобы не допускать агломерации порошка СаО. Конечной целью перемешивания в рамках описания настоящего изобретения является правильное инициирование реакции восстановления между расплавленным магнием и добавленными порошкообразными веществами.For the reaction between magnesium or magnesium alloy and calcium oxide to proceed efficiently according to the present invention, it is preferable to mix the molten magnesium. Generally, mixing can be accomplished by creating an electromagnetic field using a device capable of generating electromagnetic fields around a furnace containing molten magnesium, resulting in convection in the molten magnesium. Also for molten magnesium can be applied artificial mixing (mechanical mixing), carried out from the outside. In the case of mechanical mixing, it can be carried out in such a way as to prevent the agglomeration of CaO powder. The ultimate goal of mixing within the scope of the description of the present invention is to properly initiate a reduction reaction between molten magnesium and added powdered substances.

Время перемешивания может зависеть от температуры расплавленного металла и состояния добавляемых порошкообразных веществ (предварительный нагрев или подобное состояние). Предпочтительным вариантом является возможность принципиального продолжения перемешивания до тех пор, пока на поверхности расплавленного магния не перестанут наблюдаться порошкообразные вещества. Так как удельный вес порошкообразных веществ ниже, чем у расплавленного магния, в нормальном состоянии они могут плавать на поверхности расплавленного магния; момент времени, когда порошки и расплавленный магний прореагировали в достаточной степени, можно косвенно определить по времени, когда наличие порошкообразных веществ перестает наблюдаться на поверхности расплавленного магния. В настоящей заявке термин «реагируют в достаточной степени» означает, что все порошкообразные СаО, по существу, прореагировали с расплавленным магнием и были израсходованы. Хотя на поверхности расплавленного магния не наблюдается СаО, не следует исключать возможности его наличия в объеме расплавленного магния. Поэтому еще не всплывший порошок СаО следует выдерживать в течение определенного времени после времени перемешивания, и для завершения реакции порошков СаО, еще не прореагировавших с расплавленньм магнием, может потребоваться время выдержки.The mixing time may depend on the temperature of the molten metal and the state of the added powdered substances (preheating or similar condition). The preferred option is the possibility of continued continued mixing until then, on the surface of the molten magnesium is no longer observed powdery substances. Since the specific gravity of the powdered substances is lower than that of molten magnesium, in the normal state they can float on the surface of molten magnesium; the point in time when the powders and molten magnesium have reacted sufficiently can be indirectly determined by the time when the presence of powdered substances ceases to be observed on the surface of the molten magnesium. As used herein, the term “sufficiently reacted” means that all powdered CaOs have substantially reacted with molten magnesium and have been consumed. Although CaO is not observed on the surface of molten magnesium, the possibility of its presence in the volume of molten magnesium cannot be ruled out. Therefore, the CaO powder that has not yet surfaced should be kept for a certain time after the mixing time, and a holding time may be required to complete the reaction of CaO powders that have not yet reacted with molten magnesium.

Время перемешиванияMixing time

Перемешивание эффективно, если его осуществляют одновременно с добавлением порошкообразных оксидов. Кроме того, перемешивание можно начинать после того, как оксид нагревается от расплавленного магния и его температура достигает заданной температуры или превышает ее, что приводит к увеличению скорости реакции. Перемешивание продолжают осуществлять до тех пор, пока на поверхности расплавленного магния не перестанет наблюдаться порошкообразный оксид. Перемешивание завершают после полного расходования СаО в процессе реакции.Mixing is effective if it is carried out simultaneously with the addition of powdered oxides. In addition, stirring can begin after the oxide is heated by molten magnesium and its temperature reaches or exceeds a predetermined temperature, which leads to an increase in the reaction rate. Stirring is continued until the powdered oxide is no longer observed on the surface of the molten magnesium. Stirring is completed after CaO is completely consumed during the reaction.

Поверхностная реакцияSurface reaction

В целом при прямом добавлении к расплавленному магнию кальция (Са) и стронция (Sr), относящихся к щелочноземельным металлам, по мере оседания кальция и стронция в расплавленном магнии, характеризующемся низким удельным весом, протекают реакции. Следовательно, получение сплава можно осуществлять путем простого перемешивания расплавленного магния, чтобы способствовать растворению Са. Напротив, при введении СаО в расплавленный магний, указанный СаО не оседает в расплавленном магнии, а плавает на его поверхности, что обусловлено разностью их удельных весов.In general, when calcium (Ca) and strontium (Sr) related to alkaline-earth metals are directly added to the molten magnesium, as the calcium and strontium are deposited in the molten magnesium, which is characterized by a low specific gravity, reactions proceed. Therefore, the preparation of the alloy can be accomplished by simply mixing molten magnesium to facilitate dissolution of Ca. On the contrary, when CaO is introduced into molten magnesium, said CaO does not settle in molten magnesium, but floats on its surface, due to the difference in their specific gravities.

В целом в рамках обычного процесса образования сплава металлов реакции в расплавленном металле инициируют путем активизации реакции за счет конвекционного или механического перемешивания расплавленного магния и легирующих металлических элементов. Однако при активном инициировании реакции, согласно настоящему изобретению, оксид, введенный в расплавленный магний, не мог вступить в реакцию и оставался в конечном материале, в результате чего ухудшались физические свойства, или же его наличие служило причиной появления дефектов. Т.е. при инициировании реакции в объеме расплавленного магния, а не на его поверхности, наблюдали относительно большее количество случаев, когда в конечном объеме расплавленного магния оставался оксид кальция, по сравнению с реакцией на поверхности расплавленного магния.In general, in the usual process of the formation of a metal alloy, reactions in the molten metal are initiated by activating the reaction by convection or mechanical mixing of the molten magnesium and alloying metal elements. However, with the active initiation of the reaction according to the present invention, the oxide introduced into the molten magnesium could not enter into the reaction and remained in the final material, as a result of which physical properties worsened, or its presence caused defects. Those. when the reaction was initiated in the volume of molten magnesium, and not on its surface, a relatively greater number of cases were observed when calcium oxide remained in the final volume of molten magnesium, compared with the reaction on the surface of molten magnesium.

Следовательно, согласно описанию настоящего изобретения, важно создать реакционную среду, в которой оксид реагировал бы на поверхности, а не в объеме расплавленного магния. В связи с этим важно не проводить принудительное смешивание оксида, плавающего на поверхности расплавленного магния, в объем расплавленного магния. Важно осуществлять однородное распределение оксида по поверхности расплавленного магния, открытой для доступа воздуха. Более предпочтителен важный фактор, заключающийся в подаче оксида таким образом, чтобы он покрывал всю поверхность расплавленного магния.Therefore, according to the description of the present invention, it is important to create a reaction medium in which the oxide would react on the surface, and not in the volume of molten magnesium. In this regard, it is important not to force the mixing of oxide floating on the surface of molten magnesium in the volume of molten magnesium. It is important to uniformly distribute the oxide over the surface of the molten magnesium, which is open to air. More preferred is an important factor, which is to feed the oxide so that it covers the entire surface of the molten magnesium.

При перемешивании расплавленного магния реакция протекала лучше; кроме того, реакция протекала лучше на внешней поверхности (поверхности части верхнего слоя), чем в объеме расплавленного магния. Т.е. расплавленный магний лучше реагировал с порошкообразными оксидами, открытыми для доступа воздуха, находящимися на его внешней поверхности (поверхности части внешнего слоя). Однако под вакуумом или в окружающей газовой среде были получены неудовлетворительные результаты. Для протекания реакции в достаточной степени необходимо инициировать реакцию на поверхности путем перемешивания части верхнего слоя. В настоящей заявке термин «реагируют в достаточной степени» означает, что весь оксид щелочноземельного металла прореагировал с расплавленным магнием и, по существу, не остался в расплавленном магнии. В настоящем изобретении перемешивание, инициирующее последующую поверхностную реакцию, называется поверхностным перемешиванием. То есть Са, полученный в результате реакции восстановления СаО (поверхностной реакции восстановления), добавленного на поверхность расплавленного магния, используется в качестве легирующего элемента для магния или магниевых сплавов.When the molten magnesium was mixed, the reaction proceeded better; in addition, the reaction proceeded better on the outer surface (the surface of part of the upper layer) than in the volume of molten magnesium. Those. molten magnesium reacted better with powdered oxides open to air, located on its outer surface (the surface of part of the outer layer). However, unsatisfactory results were obtained under vacuum or in an ambient gas environment. For the reaction to take place, it is necessary to initiate a reaction on the surface by mixing part of the upper layer. In the present application, the term “sufficiently reacted” means that all alkaline earth metal oxide has reacted with molten magnesium and essentially has not remained in molten magnesium. In the present invention, stirring initiating a subsequent surface reaction is called surface mixing. That is, Ca obtained from the reduction reaction of CaO (surface reduction reaction) added to the surface of molten magnesium is used as an alloying element for magnesium or magnesium alloys.

В таблице 1, приведенной ниже, после добавления соответственно 5 мас. %, 10 мас. % и 15 мас. % оксида кальция с размером частиц 70 мкм к расплавленному магниевому сплаву АМ60В измеряли остаточные количества оксида кальция в магниевом сплаве в зависимости от способа перемешивания. В качестве способов перемешивания здесь использовали способ перемешивания части верхнего слоя расплавленного магниевого сплава, перемешивание внутренней области магниевого сплава; последним способом являлось отсутствие перемешивания. В зависимости от различных условий перемешивания, при сравнении варианта перемешивания части верхнего слоя с вариантом отсутствия перемешивания и вариантом перемешивания внутренней области магниевого сплава, наименьшее остаточное количество оксида кальция наблюдали в случае перемешивания части верхнего слоя, т.е. итоговые остаточные количества оксида кальция составляли 0,001 мас. %, 0,002 мас. % и 0,005 мас. % при добавлении оксида кальция в количестве 5 мас. %, 10 мас. % и 15 мас. % соответственно. То есть следует понимать, что при перемешивании части верхнего слоя расплавленного магния для обеспечения возможности реакции СаО с внешней поверхностью расплавленного магния, большая часть СаО разлагается до кальция. Т.е. кальций вводился в магниевый сплав за счет инициирования реакции восстановления путем дополнительного введения СаО в коммерчески доступный сплав АМ60В.In table 1 below, after adding, respectively, 5 wt. %, 10 wt. % and 15 wt. % calcium oxide with a particle size of 70 μm to the molten magnesium alloy AM60B was measured residual amounts of calcium oxide in the magnesium alloy depending on the method of mixing. As the mixing methods, a method of mixing a part of the upper layer of the molten magnesium alloy was used here, mixing the inner region of the magnesium alloy; the last method was the lack of mixing. Depending on various mixing conditions, when comparing the mixing option for a part of the upper layer with the option for no mixing and the mixing option for the inner region of the magnesium alloy, the smallest residual amount of calcium oxide was observed when mixing part of the upper layer, i.e. the total residual amounts of calcium oxide were 0.001 wt. %, 0.002 wt. % and 0.005 wt. % when adding calcium oxide in an amount of 5 wt. %, 10 wt. % and 15 wt. % respectively. That is, it should be understood that when mixing part of the upper layer of molten magnesium to allow CaO to react with the outer surface of the molten magnesium, most of CaO decomposes to calcium. Those. calcium was introduced into the magnesium alloy by initiating a reduction reaction by additionally introducing CaO into the commercially available AM60B alloy.

Таблица 1Table 1 Добавление 5 мас. % СаОAddition of 5 wt. % CaO Добавление 10 мас. % СаОAddition of 10 wt. % CaO Добавление 15 мас. % СаОAddition of 15 wt. % CaO Остаточное количество СаО в сплавеThe residual amount of CaO in the alloy Без перемешиванияNo stirring 4,5 мас. % СаО4.5 wt. % CaO 8,7 мас. % СаО8.7 wt. % CaO 13,5 мас. % СаО13.5 wt. % CaO Перемешивание внутренней области расплавленного магниевого сплаваMixing the inner region of the molten magnesium alloy 1,2 мас. % СаО1.2 wt. % CaO 3,1 мас. % СаО3.1 wt. % CaO 5,8 мас. % СаО5.8 wt. % CaO Перемешивание части верхнего слоя расплавленного магниевого сплава (настоящее изобретение)Mixing part of the upper layer of molten magnesium alloy (the present invention) 0,001 мас. % СаО0.001 wt. % CaO 0,002 мас. % СаО0.002 wt. % CaO 0,005 мас. % СаО0.005 wt. % CaO

Кислородный компонент, входящий в состав СаО, по существу, удаляется с верхней поверхности расплавленного магния путем перемешивания части верхнего слоя расплавленного магния. Предпочтительно, перемешивание осуществляют в части верхнего слоя, глубина которой составляет около 20% от общей глубины расплавленного магния, считая от поверхности. Если глубина превышает 20%, инициирование поверхностной реакции в соответствии с предпочтительным примером реализации настоящего изобретения происходит редко. Более предпочтительно, перемешивание осуществляют в части верхнего слоя, глубина которого составляет около 10% от общей глубины расплавленного магния, считая от поверхности. СаО, находящийся преимущественно в плавающем состоянии, размещается в части верхнего слоя, глубина которого составляет 10% от истинной глубины расплавленного магния, в результате чего сводятся к минимуму турбулентные потоки в расплавленном магнии.The oxygen component of CaO is substantially removed from the upper surface of the molten magnesium by mixing part of the upper layer of molten magnesium. Preferably, the mixing is carried out in part of the upper layer, the depth of which is about 20% of the total depth of molten magnesium, counting from the surface. If the depth exceeds 20%, the initiation of a surface reaction in accordance with a preferred embodiment of the present invention is rare. More preferably, the mixing is carried out in part of the upper layer, the depth of which is about 10% of the total depth of molten magnesium, counting from the surface. CaO, which is predominantly in a floating state, is located in part of the upper layer, the depth of which is 10% of the true depth of molten magnesium, as a result of which turbulent flows in molten magnesium are minimized.

На стадии расходования оксида щелочноземельного металла S4 в процессе реакции между расплавленным магнием и добавленньм оксидом кальция происходит полное расходование оксида кальция, в результате чего он не остается в составе магниевого сплава, по меньшей мере частично или по существу. Предпочтительно, чтобы весь оксид кальция, добавленный согласно настоящему изобретению, был бы израсходован в процессе реакции, протекающей в достаточной степени. Однако, если какие-то его части не прореагировали и остались в составе сплава, процесс также будет эффективен, если они значительно не влияют на физические свойства.At the stage of consumption of alkaline earth metal oxide S4 during the reaction between molten magnesium and added calcium oxide, calcium oxide is completely consumed, as a result of which it does not remain in the magnesium alloy, at least partially or essentially. Preferably, all of the calcium oxide added according to the present invention would be consumed during the reaction proceeding sufficiently. However, if some of its parts did not react and remained in the alloy, the process will also be effective if they do not significantly affect the physical properties.

В настоящей заявке расходование оксида кальция включает удаление из оксида щелочноземельного металла кислородного компонента. Кислородный компонент удаляют в виде газообразного кислорода (O₂), или же в форме шлака или отложений, образующихся в процессе взаимодействия с магнием или компонентами сплава в составе расплавленного магния. В настоящей заявке Са, полученный из СаО, характеризуется тенденцией к образованию соединений с элементами, отличающимися от Mg, в составе магниевого сплава. Кислородный компонент, по существу, удаляют с верхней поверхности расплавленного магния путем перемешивания верхнего слоя расплавленного магния.In this application, the consumption of calcium oxide includes the removal of an oxygen component from an alkaline earth metal oxide. The oxygen component is removed in the form of gaseous oxygen (O ₂ ), or in the form of slag or deposits formed in the process of interaction with magnesium or alloy components in the composition of molten magnesium. In this application, Ca obtained from CaO is characterized by a tendency to form compounds with elements other than Mg in the composition of the magnesium alloy. The oxygen component is substantially removed from the upper surface of the molten magnesium by mixing the upper layer of molten magnesium.

На фиг.3 приведена схема, на которой представлен пример диссоциации оксида кальция за счет перемешивания части верхнего слоя расплавленного магния согласно настоящему изобретению.Figure 3 shows a diagram showing an example of the dissociation of calcium oxide by mixing part of the upper layer of molten magnesium according to the present invention.

На стадии S5 обеспечения возможности реакции щелочноземельного металла с расплавом на магниевой основе кальций, полученный путем расходования оксида кальция, реагирует с магниевым сплавом, с тем чтобы он не остался в составе магниевого сплава, по меньшей мере частично или по существу. Это означает, что кальций, полученный в процессе диссоциации, образует соединения по меньшей мере с магнием, алюминием и другими элементами (компонентами) магниевого сплава, и тем самым по существу не остается в свободном состоянии. Здесь термин «соединение» в целом относится к интерметаллическим соединениям, полученным в результате образования связей металл-металл.In step S5, allowing the alkaline earth metal to react with the magnesium-based melt, the calcium obtained by consuming the calcium oxide reacts with the magnesium alloy so that it does not remain at least partially or substantially in the magnesium alloy. This means that calcium obtained in the process of dissociation forms compounds with at least magnesium, aluminum and other elements (components) of a magnesium alloy, and thus essentially does not remain in a free state. Here, the term “compound” generally refers to intermetallic compounds resulting from the formation of metal-metal bonds.

В конечном итоге добавленный оксид кальция частично или по существу степени расходуется за счет удаления кислородного компонента в процессе реакции с магниевым сплавом, т.е. с расплавленным магниевым сплавом, и полученный кальций образует соединение по меньшей мере с одним из компонентов расплавленного магниевого сплава: магния, алюминия и другими легирующими элементами магниевого сплава. Т.е. в составе сплава не остается оксида кальция, частично или по существу.Ultimately, the added calcium oxide is partially or substantially consumed by removing the oxygen component during the reaction with the magnesium alloy, i.e. with a molten magnesium alloy, and the resulting calcium forms a compound with at least one of the components of the molten magnesium alloy: magnesium, aluminum and other alloying elements of the magnesium alloy. Those. the composition of the alloy does not remain calcium oxide, partially or essentially.

На стадии 5 расходования оксида щелочноземельного металла может происходить множество случаев вспышек твердых частиц в процессе реакции восстановления оксида щелочноземельного металла на поверхности расплавленного магния. Вспышки твердых частиц могут служить показателем, подтверждающим завершение или продолжение реакции восстановления. В случае прерывания реакции путем выпуска расплавленного магния в процессе образования вспышек твердых частиц, добавленный оксид щелочноземельного металла может быть израсходован не полностью. То есть выпуск расплавленного магния осуществляют после исчезновения вспышек твердых частиц, что можно использовать как показатель непрямого измерения процесса реакции восстановления.At the stage 5 of the consumption of alkaline earth metal oxide, many cases of outbreaks of solid particles during the reduction reaction of alkaline earth metal oxide on the surface of molten magnesium can occur. Flashes of particulate matter can serve as an indicator of the completion or continuation of a reduction reaction. If the reaction is interrupted by the release of molten magnesium during the formation of flashes of solid particles, the added alkaline earth metal oxide may not be completely consumed. That is, the release of molten magnesium is carried out after the disappearance of outbreaks of solid particles, which can be used as an indicator of indirect measurement of the recovery reaction process.

Иллюстрация описанных выше процессов приведена на фиг.1 и 2. На фиг.2 представлена блок-схема, показывающая диссоциацию оксида кальция, используемого для добавления к расплаву магния согласно настоящему изобретению.An illustration of the processes described above is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 2 is a flowchart showing the dissociation of calcium oxide used to add magnesium to the melt according to the present invention.

На стадии литья S6 литье осуществляют путем помещения расплавленного магния в форму при комнатной температуре или в предварительно нагретом состоянии. Здесь в качестве формы можно использовать любые формы, выбранные из металлических форм, керамических форм, графитовых форм и их аналогов. Также способ литья может включать литье без давления, непрерывное литье и аналогичные способы.In the casting step S6, casting is carried out by placing molten magnesium in the mold at room temperature or in a preheated state. Here, any molds selected from metal molds, ceramic molds, graphite molds and their analogs can be used as a mold. Also, the casting method may include non-pressure casting, continuous casting and similar methods.

На стадии отверждения S7 форму охлаждают до комнатной температуры, после чего магниевый сплав (например, отливка из магниевого сплава) вынимается из формы.In the curing step S7, the mold is cooled to room temperature, after which the magnesium alloy (for example, magnesium alloy casting) is removed from the mold.

Сплавы на магниевой основе, полученные согласно одному из вышеописанных способов получения, могут отличаться твердостью (по шкале Роквелла - HRF) от 40 до 80. Однако значения твердости могут меняться в широких пределах в зависимости от способов обработки и термообработки и подобных им процессов, в связи с этим сплав на магниевой основе согласно настоящему изобретению не ограничивается указанными значениями.Magnesium-based alloys obtained according to one of the above production methods can vary in hardness (on the Rockwell scale - HRF) from 40 to 80. However, hardness values can vary widely depending on the processing and heat treatment methods and similar processes, in connection with this, the magnesium-based alloy of the present invention is not limited to these values.

Магний, находящийся в чистом расплавленном магнии, реагирует с щелочноземельным металлом, в результате чего получают соединения магний (щелочноземельный металл). Например, если оксидом щелочноземельного металла является СаО, образуется Mg₂Ca. Кислород, входящий в состав СаО, выделяется из расплавленного магния в форме газообразного кислорода (O₂), или взаимодействует с магнием с образованием MgO, который выделяется в форме шлака (см. формулу реакции 1 ниже), (см. уравнение реакции 1 ниже).Magnesium in pure molten magnesium reacts with an alkaline earth metal to produce magnesium compounds (alkaline earth metal). For example, if the alkaline earth metal oxide is CaO, Mg ₂ Ca is formed. Oxygen, which is part of CaO, is released from molten magnesium in the form of gaseous oxygen (O ₂ ), or interacts with magnesium to form MgO, which is released in the form of slag (see reaction formula 1 below), (see reaction equation 1 below) .

Уравнение реакции 1Reaction equation 1

Чистый Mg+СаО→Mg (матрица) + Mg₂CaPure Mg + CaO → Mg (matrix) + Mg ₂ Ca

… [выделение O₂ + образуется шлак MgO]... [O ₂ + evolution, MgO slag is formed]

Магний, находящийся в расплавленном магниевом сплаве, реагирует с щелочноземельным металлом с получением соединений магний (щелочноземельный металл) или алюминий (щелочноземельный металл). Также легирующий элемент реагирует с щелочноземельным металлом с образованием соединения вместе с магнием или алюминием. Согласно настоящему изобретению, если в качестве оксида щелочноземельного металла используется СаО, образуются Mg₂Ca, Аl₂Са или (Mg, Al, другой элемент сплава)₂Са. Кислород, входящий в состав СаО, выделяется из расплавленного магния в форме газообразного кислорода (O₂), как и в случае с чистым магнием, или взаимодействует с магнием с образованием MgO, который выделяется в форме шлака (см. формулу реакции 2 ниже).Magnesium in molten magnesium alloy reacts with an alkaline earth metal to produce magnesium (an alkaline earth metal) or aluminum (an alkaline earth metal). Also, the alloying element reacts with an alkaline earth metal to form a compound together with magnesium or aluminum. According to the present invention, when CaO is used as an alkaline earth metal oxide, Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca or (Mg, Al, another alloy element) ₂ Ca are formed. Oxygen, which is part of CaO, is released from molten magnesium in the form of gaseous oxygen (O ₂ ), as in the case of pure magnesium, or interacts with magnesium to form MgO, which is released in the form of slag (see reaction formula 2 below).

Уравнение реакции 2Reaction equation 2

Сплав Mg+СаО→Сплав Mg (матрица) +Mg + CaO alloy → Mg alloy (matrix) +

{Mg₂Ca+Аl₂Са+(Mg, Al, другой элемент сплава)2Са}{Mg ₂ Ca + Al ₂ Ca + (Mg, Al, another element of the alloy) 2Ca}

Как описано выше, настоящее изобретение позволяет получать магниевый сплав более экономично по сравнению с традиционными способами получения магниевого сплава. Щелочноземельный металл (например, Са) является относительно дорогостоящим элементом сплава по сравнению с оксидом щелочноземельного металла, что является основным фактором повышения стоимости магниевых сплавов. Также сплав относительно легко получается путем добавления оксида щелочноземельного металла к магнию или магниевому сплаву вместо добавления щелочноземельного металла. С другой стороны, при добавлении химически устойчивого оксида щелочноземельного металла (например, СаО) могут быть достигнуты итоговые свойства, соответствующие или превышающие свойства сплава, полученные при прямом добавлении щелочноземельного металла (например, Са). То есть кальций, полученный в результате реакции восстановления СаО, добавленного в расплавленный магний, действует в качестве легирующего элемента для магния или магниевых сплавов.As described above, the present invention allows to obtain a magnesium alloy more economically than traditional methods for producing a magnesium alloy. An alkaline earth metal (e.g., Ca) is a relatively expensive alloy element compared to alkaline earth metal oxide, which is a major factor in increasing the cost of magnesium alloys. Also, the alloy is relatively easily obtained by adding alkaline earth metal oxide to magnesium or magnesium alloy instead of adding alkaline earth metal. On the other hand, when chemically stable alkaline earth metal oxide (for example, CaO) is added, the final properties corresponding to or exceeding the alloy properties obtained by direct addition of alkaline earth metal (for example, Ca) can be achieved. That is, calcium obtained by the reduction reaction of CaO added to molten magnesium acts as an alloying element for magnesium or magnesium alloys.

Кроме того, при прямом добавлении щелочноземельного металла к магнию или магниевому сплаву в некоторой степени протекает растворение щелочноземельного металла в магниевом сплаве. Напротив, при использовании технологии, описанной в настоящем изобретении, в процессе добавления оксида щелочноземельного металла (СаО) растворение отсутствует или крайне мало по сравнению со степенью растворения при прямом добавлении щелочноземельного металла. Было подтверждено, что при непрямом добавлении Са в виде СаО по сравнению с прямым добавлением Са значительно облегчается образование интерметаллических соединений, включая фазу Аl₂Са. Следовательно, для улучшения физических свойств магниевого сплава требуется добавление более чем определенной доли щелочноземельного металла. С другой стороны, при получении магниевого сплава путем добавления оксида щелочноземельного металла можно наблюдать, что физические свойства улучшаются в большей степени, чем при прямом добавлении кальция, это обусловлено тем, что существенное количество щелочноземельного металла, получаемого из оксида щелочноземельного металла, образует интерметаллические соединения с магнием или алюминием (например, Mg₂Ca или Al₂Ca). Было получено подтверждение, что 95% или более интерметаллических соединений, включая Al₂Ca, образуется на границах зерен, а остальная часть, менее 5%, образуется в зернах.In addition, with the direct addition of an alkaline earth metal to magnesium or a magnesium alloy, the alkaline earth metal dissolves to some extent in the magnesium alloy. On the contrary, when using the technology described in the present invention, in the process of adding an alkaline earth metal oxide (CaO), dissolution is absent or extremely small compared to the degree of dissolution with direct addition of an alkaline earth metal. It was confirmed that the indirect addition of Ca as CaO compared to the direct addition of Ca significantly facilitates the formation of intermetallic compounds, including the Al ₂ Ca phase. Therefore, to improve the physical properties of the magnesium alloy, the addition of more than a certain proportion of alkaline earth metal is required. On the other hand, in the preparation of a magnesium alloy by the addition of alkaline earth metal oxide, it can be observed that the physical properties are improved to a greater extent than when direct calcium is added, this is due to the fact that a substantial amount of the alkaline earth metal obtained from the alkaline earth metal oxide forms intermetallic compounds with magnesium or aluminum (e.g. Mg ₂ Ca or Al ₂ Ca). It was confirmed that 95% or more of the intermetallic compounds, including Al ₂ Ca, are formed at grain boundaries, and the rest, less than 5%, is formed in grains.

На фиг.4а представлена фотография, на которой показана микроструктура продукта, полученного методом литья под давлением, с использованием сплава AZ91D в соответствии с примером для сравнения. На фиг.4b и 4с представлены фотографии, на которых показаны микроструктуры продуктов, полученных методом литья под давлением, с использованием магниевых сплавов, изготовленных путем добавления к магниевому сплаву AZ91D 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО, соответственно, согласно настоящему изобретению. Значение термина «добавление СаО» в настоящем изобретении подразумевает, что процесс реакции восстановления начинается после добавления СаО. Изображения микроструктур были сняты после литья под давлением в холодной камере прессования. Магниевый сплав в соответствии с настоящим изобретением отличался более тонкой и плотной микроструктурой по сравнению с магниевым сплавом в соответствии со сравнительным примером. Следует понимать, что данная тенденция существенно увеличивается при повышении количества СаО, добавляемого к магниевому сплаву. Было определено, что этот эффект обусловлен формированием фазы Аl₂Са или других фаз (Mg₂Ca, и (Mg, Al, другие элементы сплава)₂Са), которые(ая) образуются и однородно распределяются по мере добавления СаО.On figa presents a photograph showing the microstructure of the product obtained by injection molding using an alloy AZ91D in accordance with an example for comparison. 4b and 4c are photographs showing the microstructures of the products obtained by injection molding using magnesium alloys made by adding 0.3 wt.% To the AZ91D magnesium alloy. % and 0.7 wt. % CaO, respectively, according to the present invention. The meaning of the term “CaO addition” in the present invention implies that the reduction reaction process begins after CaO addition. Images of the microstructures were taken after injection molding in a cold pressing chamber. The magnesium alloy in accordance with the present invention was characterized by a thinner and denser microstructure compared to a magnesium alloy in accordance with a comparative example. It should be understood that this trend increases significantly with increasing amount of CaO added to the magnesium alloy. It was determined that this effect is due to the formation of the Al ₂ Ca phase or other phases (Mg ₂ Ca, and (Mg, Al, other elements of the alloy) ₂ Ca), which are formed and uniformly distributed as CaO is added.

На фиг.5а-5d представлены фотографии, на которых показан компонентный анализ магниевого сплава, полученного путем добавления 0,45 мас. % СаО к расплавленному сплаву АМ60В, методом энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (ЭРС). Как показано на фиг.5а-5d, можно наблюдать, что образуется Аl₂Са и подавляется формирование β-фазы Mg₁₇Al₁₂.On figa-5d presents photographs showing a component analysis of a magnesium alloy obtained by adding 0.45 wt. % CaO to the molten alloy AM60B, by the method of energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS). As shown in FIGS. 5a-5d, it can be observed that Al ₂ Ca is formed and the formation of the β phase of Mg ₁₇ Al _{12 is} suppressed.

Следует понимать, что существующие области Аl и Са распределяются аналогичным образом. Это означает, что Са, образовавшийся в результате диссоциации СаО, добавленного к расплавленному магнию, образует соединение с Аl. По этой причине формирование β-фазы Mg₁₇Al₁₂, отличающейся высокой хрупкостью и наблюдаемой в составе типичных сплавов на основе магния и алюминия, подавляется, в результате чего в связи с образованием Аl₂Са увеличивается пластичность магниевого сплава, а также его прочность.It should be understood that the existing areas of Al and Ca are distributed in a similar way. This means that Ca resulting from the dissociation of CaO added to molten magnesium forms a compound with Al. For this reason, the formation of the β phase of Mg ₁₇ Al ₁₂ , which is highly brittle and observed in typical alloys based on magnesium and aluminum, is suppressed, as a result of which the ductility of the magnesium alloy and its strength increase due to the formation of Al ₂ Ca.

На фиг.6а приведено изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), на котором приведена поверхность излома образца для испытаний на растяжение коммерчески доступного сплава АМ60В, а на фиг.6b-6d приведены изображения, полученные методом СЭМ, на которых приведена поверхность излома образцов для испытаний на растяжение магниевых сплавов, полученных в результате вступления СаО в реакцию с АМ60В в соответствии с настоящим изобретением.Fig. 6a shows an image obtained by scanning electron microscopy (SEM), which shows the fracture surface of a tensile test specimen for the commercially available alloy AM60B, and Figs. 6b-6d show SEM images showing the fracture surface. tensile test specimens of magnesium alloys obtained by CaO reacting with AM60B in accordance with the present invention.

Можно наблюдать множество впадин (углубленных участков), связанных с дефектами литья, такими как поры в составе сплава. По сравнению с этим можно наблюдать, что для магниевых сплавов, полученных путем добавления СаО (сплав на фиг.6b, полученный путем добавления 0,25 мас. % СаО в АМ60В, сплав на фиг.6с, полученный путем добавления 0,58 мас. % СаО в АМ60В и сплав на фиг.6d, полученный путем добавления 0,98 мас. % СаО в АМ60В), количество впадин в образцах для испытаний на растяжение существенно уменьшается. Т.е. добавление СаО приводит к снижению количества дефектов литья, например к снижению количества пор в сплавах и снижению количества оксидов и включений.You can observe many depressions (indented areas) associated with casting defects, such as pores in the alloy. In comparison, it can be observed that for magnesium alloys obtained by adding CaO (the alloy in FIG. 6b obtained by adding 0.25 wt.% CaO to AM60B, the alloy in FIG. 6c obtained by adding 0.58 wt. % CaO in AM60B and the alloy in Fig.6d, obtained by adding 0.98 wt.% CaO in AM60B), the number of depressions in the samples for tensile testing is significantly reduced. Those. the addition of CaO leads to a decrease in the number of casting defects, for example, a decrease in the number of pores in alloys and a decrease in the number of oxides and inclusions.

На фиг.7 приведен график, отражающий предел текучести при комнатной температуре (ПТК) при добавлении СаО к магниевому сплаву. Здесь линией показан предел текучести при комнатной температуре для сплава АМ60В, в который не был добавлен СаО.7 is a graph showing the yield strength at room temperature (PTC) when CaO is added to the magnesium alloy. The line here shows the yield strength at room temperature for an AM60B alloy in which CaO was not added.

Согласно примеру реализации изобретения, эксперименты проводили путем добавления СаО в количестве от 0,2 до 1,0 мас. % в магниевый сплав АМ60В.According to an example implementation of the invention, the experiments were carried out by adding CaO in an amount of from 0.2 to 1.0 wt. % in magnesium alloy AM60V.

Как показано на фиг.7, при добавлении в магниевый сплав 0,3 мас. % СаО предел текучести при комнатной температуре составлял приблизительно от 130 МПа до 137 МПа; при добавлении в магниевый сплав 0,7 мас. % СаО предел текучести при комнатной температуре составлял приблизительно от 151 МПа до 168 МПа; и при добавлении в магниевый сплав 0,9 мас. % СаО предел текучести при комнатной температуре составлял приблизительно 156 МПа. При увеличении количества добавленного СаО в пределах от 0,3 мас. % до 0,7 мас. % предел текучести при комнатной температуре также увеличивался.As shown in Fig.7, when added to a magnesium alloy 0.3 wt. % CaO yield strength at room temperature was approximately 130 MPa to 137 MPa; when added to a magnesium alloy 0.7 wt. % CaO yield strength at room temperature ranged from about 151 MPa to 168 MPa; and when added to a magnesium alloy 0.9 wt. % CaO yield strength at room temperature was approximately 156 MPa. With an increase in the amount of CaO added in the range from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % yield strength at room temperature also increased.

Предел текучести в зависимости от добавленного количества СаО (мас. %) представлен ниже в таблице 2.The yield strength, depending on the added amount of CaO (wt.%) Is presented below in table 2.

Таблица 2table 2 СплавAlloy Количество добавленного СаОThe amount of added Cao Предел текучести, МПаYield Strength, MPa Магниевый сплав (АМ60В)Magnesium alloy (AM60V) 0.2~0.3 мас. %0.2 ~ 0.3 wt. % 123~137123 ~ 137 0,3~0,4 мас. %0.3 ~ 0.4 wt. % 131~138131 ~ 138 0,4~0,5 мас. %0.4 ~ 0.5 wt. % 137~142137 ~ 142 0,5~0,6 мас. %0.5 ~ 0.6 wt. % 141~161141 ~ 161 0,6~0,7 мас. %0.6 ~ 0.7 wt. % 143~166143 ~ 166 0,7~0,8 мас. %0.7 ~ 0.8 wt. % 149~170149 ~ 170 0,8~0,9 мас. %0.8 ~ 0.9 wt. % 148~160148 ~ 160 0,9~1,0 мас. %0.9 ~ 1.0 wt. % 148~158148 ~ 158

Как показано выше в таблице 2, наилучшие значения предела текучести при комнатной температуре (ПТК) наблюдаются при добавлении СаО в магниевый сплав приблизительно в количестве 0,7 мас. %.As shown above in table 2, the best values of yield strength at room temperature (PTC) are observed when CaO is added to the magnesium alloy in an amount of approximately 0.7 wt. %

На фиг.8 приведен график, показывающий прочность на разрыв при комнатной температуре (ПРК) при добавлении СаО к магниевому сплаву. Здесь линией показана прочность на разрыв при комнатной температуре для сплава АМ60В, в который не был добавлен СаО.Fig. 8 is a graph showing tensile strength at room temperature (RHC) when CaO is added to the magnesium alloy. Here, the line shows the tensile strength at room temperature for the alloy AM60B, in which CaO was not added.

Как показано на фиг.8, при добавлении в магниевый сплав 0,3 мас. % СаО прочность на разрыв при комнатной температуре составляла приблизительно от 205 МПа до 230 МПа; при добавлении в магниевый сплав 0,7 мас. % СаО прочность на разрыв при комнатной температуре составляла приблизительно от 240 МПа до 261 МПа; и при добавлении в магниевый сплав 0,9 мас. % СаО прочность на разрыв при комнатной температуре составляла приблизительно от 245 МПа до 251 МПа. При увеличении количества добавленного СаО в пределах от 0,3 мас. % до 0,7 мас. % прочность на разрыв при комнатной температуре также увеличивалась.As shown in Fig. 8, when 0.3 wt.% Is added to the magnesium alloy. % CaO tensile strength at room temperature ranged from about 205 MPa to 230 MPa; when added to a magnesium alloy 0.7 wt. % CaO, tensile strength at room temperature was approximately 240 MPa to 261 MPa; and when added to a magnesium alloy 0.9 wt. % CaO, tensile strength at room temperature ranged from about 245 MPa to 251 MPa. With an increase in the amount of CaO added in the range from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % tensile strength at room temperature also increased.

Прочность на разрыв в зависимости от добавленного количества СаО (мас. %) представлена ниже в таблице 3.The tensile strength depending on the added amount of CaO (wt.%) Is presented below in table 3.

Таблица 3Table 3 СплавAlloy Количество добавленного СаОThe amount of added Cao Прочность на разрыв, МПаTensile strength, MPa Магниевый сплав (АМ60В)Magnesium alloy (AM60V) 0.2~0.3 мас. %0.2 ~ 0.3 wt. % 205~231205 ~ 231 0,3~0,4 мас. %0.3 ~ 0.4 wt. % 205~229205 ~ 229 0,4~0,5 мас. %0.4 ~ 0.5 wt. % 223~232223 ~ 232 0,5~0,6 мас. %0.5 ~ 0.6 wt. % 239~260239 ~ 260 0,6~0,7 мас. %0.6 ~ 0.7 wt. % 240~260240 ~ 260 0,7~0,8 мас. %0.7 ~ 0.8 wt. % 240~261240 ~ 261 0,8~0,9 мас. %0.8 ~ 0.9 wt. % 240~255240 ~ 255 0,9~1,0 мас. %0.9 ~ 1.0 wt. % 240~252240 ~ 252

Как показано выше в таблице 3, наилучшие значения прочности на разрыв при комнатной температуре наблюдали при добавлении СаО в количестве, составляющем от 0,5 мас. % до 0,8 мас. %.As shown above in table 3, the best values of tensile strength at room temperature were observed when CaO was added in an amount of 0.5 wt. % to 0.8 wt. %

На фиг.9 приведен график, показывающий удлинение при комнатной температуре для магниевого сплава, к которому добавлен СаО. Здесь линией показано удлинение при комнатной температуре для сплава АМ60В, в который не был добавлен СаО.9 is a graph showing elongation at room temperature for a magnesium alloy to which CaO is added. The line here shows the elongation at room temperature for the AM60B alloy in which CaO was not added.

Согласно примеру реализации изобретения, эксперименты проводили путем добавления СаО в количестве от 0,2 мас. % до 1,0 мас. % в магниевый сплав АМ60В.According to an example implementation of the invention, the experiments were carried out by adding CaO in an amount of from 0.2 wt. % to 1.0 wt. % in magnesium alloy AM60V.

Как показано на фиг.9, при добавлении в магниевый сплав 0,3 мас. % СаО удлинение при комнатной температуре составляло приблизительно от 6% до 10%; при добавлении в магниевый сплав 0,7 мас. % СаО удлинение при комнатной температуре составляло приблизительно от 13% до 15%; и при добавлении в магниевый сплав 0,9 мас. % СаО удлинение при комнатной температуре составляло приблизительно от 13% до 14%. При увеличении количества добавленного СаО в пределах от 0,3 мас. % до 0,7 мас. % удлинение при комнатной температуре также увеличивалось. Удлинение при комнатной температуре в зависимости от добавленного количества СаО (мас. %) представлено ниже в таблице 4.As shown in Fig.9, when added to a magnesium alloy 0.3 wt. % CaO elongation at room temperature ranged from about 6% to 10%; when added to a magnesium alloy 0.7 wt. % CaO elongation at room temperature was approximately 13% to 15%; and when added to a magnesium alloy 0.9 wt. % CaO elongation at room temperature ranged from about 13% to 14%. With an increase in the amount of CaO added in the range from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % elongation at room temperature also increased. The extension at room temperature depending on the added amount of CaO (wt.%) Are presented below in table 4.

Таблица 4Table 4 СплавAlloy Количество добавленного СаОThe amount of added Cao Удлинение, %Elongation,% Магниевый сплав (АМ60В)Magnesium alloy (AM60V) 0.2~0.3 мас. %0.2 ~ 0.3 wt. % 6~106 ~ 10 0,3~0,4 мас. %0.3 ~ 0.4 wt. % 7~127 ~ 12 0,4~0,5 мас. %0.4 ~ 0.5 wt. % 12~1412 ~ 14 0,5~0,6 мас. %0.5 ~ 0.6 wt. % 12~1512 ~ 15 0,6~0,7 мас. %0.6 ~ 0.7 wt. % 13~1713 ~ 17 0,7~0,8 мас. %0.7 ~ 0.8 wt. % 12~1612 ~ 16 0,8~0,9 мас. %0.8 ~ 0.9 wt. % 12~1512 ~ 15 0,9~1,0 мас. %0.9 ~ 1.0 wt. % 13~1413 ~ 14

Как показано выше в таблице 4, наилучшие значения удлинения при комнатной температуре наблюдали при добавлении СаО в пределах от 0,5 до 0,8 мас. %. Ниже в таблице 5 представлены средние значения для механических свойств магниевых сплавов, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением. Каждое значение было получено усреднением приблизительно 200 экспериментальных значений.As shown above in table 4, the best values of elongation at room temperature were observed when CaO was added in the range from 0.5 to 0.8 wt. % Table 5 below presents the average values for the mechanical properties of magnesium alloys made in accordance with the present invention. Each value was obtained by averaging approximately 200 experimental values.

Таблица 5Table 5 ПТК (МПа)PTK (MPa) ПРК (МПа)PPH (MPa) Удлинение(%)Elongation(%) АМ60ВAM60V 115115 205205 66 АМ60В-0,3 мас. % СаОAM60V-0.3 wt. % CaO 130130 220220 99 АМ60В-0,5 мас. % СаОAM60V-0.5 wt. % CaO 160160 255255 14fourteen АМ60В-0,7 мас. % СаОAM60V-0.7 wt. % CaO 165165 260260 14fourteen АМ60В-0,9 мас. % СаОAM60V-0.9 wt. % CaO 155155 250250 1313

Как показано на фиг.7, 8 и 9, магниевые сплавы, полученные с использованием реакции восстановления СаО, добавленного к расплавленному магнию, отличались повышенными пределом текучести при комнатной температуре, прочностью на разрыв при комнатной температуре и удлинением при комнатной температуре по сравнению с магниевыми сплавами, к которым не добавляли СаО. Механические свойства при комнатной температуре улучшались в большей степени при увеличении количества добавленного СаО. Данная тенденция проявлялась более явно, если количество СаО составляло от 0,3 мас. % до 0,7 мас. %. Причиной улучшения механических свойств при комнатной температуре является образование соединений, таких как Mg₂Ca, Al₂Ca и (Mg, Аl)₂Са, в результате добавления СаО.As shown in FIGS. 7, 8 and 9, magnesium alloys obtained using the CaO reduction reaction added to molten magnesium had a higher yield strength at room temperature, tensile strength at room temperature, and elongation at room temperature compared to magnesium alloys to which CaO was not added. The mechanical properties at room temperature improved to a greater extent with an increase in the amount of CaO added. This tendency manifested itself more clearly if the amount of CaO was from 0.3 wt. % to 0.7 wt. % The reason for the improvement of the mechanical properties at room temperature is the formation of compounds such as Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca and (Mg, Al) ₂ Ca, as a result of the addition of CaO.

На фиг.10 приведен график, где сравнивают значения пределов текучести при комнатной температуре и удлинения при комнатной температуре между сплавами на магниевой основе, полученными в соответствии с настоящим изобретением, и типичными магниевыми сплавами.Figure 10 is a graph comparing yield strengths at room temperature and elongations at room temperature between magnesium-based alloys made in accordance with the present invention and typical magnesium alloys.

Как показано на фиг.10, в типичных магниевых сплавах AM, к которым добавляли Аl и Мn, и магниевых сплавах АЕ, к которым добавляли Аl и редкоземельные элементы (РЗЭ), предел текучести при комнатной температуре и удлинение при комнатной температуре изменяются обратно пропорционально друг другу.As shown in FIG. 10, in typical AM magnesium alloys to which Al and Mn were added and AE magnesium alloys to which Al and rare-earth elements (REE) were added, the yield strength at room temperature and the elongation at room temperature were inversely proportional to each other to a friend.

В противоположность этому для магниевых сплавов с добавлением СаО в соответствии с настоящим изобретением удлинение при комнатной температуре увеличивается одновременно с пределом текучести при комнатной температуре. В целом предел текучести сплава уменьшается при увеличении удлинения, что можно видеть по распределению точек, отмеченных кругами (сплав Mg-Al-РЗЭ), и точек, отмеченных треугольниками (сплав Mg-Al-Mn) на фиг.10. То есть в целом удлинение обратно пропорционально пределу текучести. Однако, как можно видеть по распределению точек, отмеченных прямоугольниками (магниевый сплав с добавлением СаО) на фиг.10, магниевые сплавы с добавлением СаО отличаются тенденцией к увеличению предела текучести при комнатной температуре при увеличении удлинения при комнатной температуре.In contrast, for magnesium alloys with the addition of CaO according to the present invention, elongation at room temperature increases simultaneously with yield strength at room temperature. In general, the yield strength of the alloy decreases with increasing elongation, which can be seen from the distribution of the points marked with circles (Mg-Al-REE alloy) and the points marked with triangles (Mg-Al-Mn alloy) in Fig. 10. That is, in general, elongation is inversely proportional to yield strength. However, as can be seen from the distribution of the points marked with rectangles (magnesium alloy with CaO addition) in Fig. 10, magnesium alloys with CaO addition tend to increase the yield strength at room temperature with an increase in elongation at room temperature.

На фиг.11 приведен график, на котором представлены значения твердости при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в AZ91D соответственно, по сравнению с твердостью магниевого сплава AZ91D, к которому не добавлялся СаО. Твердость по Роквеллу измеряли после литья под давлением соответствующих сплавов в холодной камере прессования. Можно подтвердить, что магниевый сплав с добавлением СаО отличается большей твердостью по сравнению со сплавами, к которым не добавляли СаО. Также можно подтвердить, что твердость при комнатной температуре увеличивается при увеличении количества добавленного СаО. Значение термина «добавление СаО» в настоящем изобретении означает, что процесс реакции восстановления начинается после добавления СаО.Figure 11 shows a graph showing the values of hardness at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in AZ91D, respectively, compared to the hardness of the magnesium alloy AZ91D, to which CaO was not added. Rockwell hardness was measured after injection molding the corresponding alloys in a cold pressing chamber. It can be confirmed that a magnesium alloy with the addition of CaO has a higher hardness than alloys to which CaO was not added. It can also be confirmed that hardness at room temperature increases with increasing amount of CaO added. The meaning of the term “CaO addition” in the present invention means that the reduction reaction process begins after CaO addition.

На фиг.12 приведен график, на котором представлены значения предела текучести при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 и 0,7 мас. % СаО в AZ91D соответственно, по сравнению с пределом текучести при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D, к которому не добавляли СаО. Значения пределов текучести при комнатной температуре измеряли после подготовки образцов для испытаний путем литья под давлением в горячей камере. Можно подтвердить, что магниевые сплавы с добавлением СаО отличаются большими значениями пределов текучести при комнатной температуре по сравнению со сплавами, к которым не добавляли СаО. Также понятно, что предел текучести при комнатной температуре для магниевого сплава, к которому добавлено 0,7 мас. % СаО, увеличивается приблизительно на 15% по сравнению с магниевыми сплавами, к которым не добавляли СаО. Также можно подтвердить, что предел текучести при комнатной температуре увеличивается при увеличении количества добавленного СаО.12 is a graph showing yield strength values at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 and 0.7 wt. % CaO in AZ91D, respectively, compared with the yield strength at room temperature for the magnesium alloy AZ91D, to which CaO was not added. The yield strengths at room temperature were measured after preparing the test specimens by injection molding in a hot chamber. It can be confirmed that magnesium alloys with the addition of CaO differ in large yield strengths at room temperature in comparison with alloys to which CaO was not added. It is also clear that the yield strength at room temperature for a magnesium alloy, to which 0.7 wt. % CaO, increases by approximately 15% compared to magnesium alloys to which CaO was not added. It can also be confirmed that the yield strength at room temperature increases with increasing amount of CaO added.

На фиг.13 приведен график, на котором представлены значения прочности на разрыв при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в AZ91D соответственно, по сравнению с прочностью на разрыв при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D, к которому не добавляли СаО. Значения прочности на разрыв при комнатной температуре измеряли после подготовки образцов для испытаний путем литья под давлением в горячей камере.13 is a graph showing tensile strengths at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in AZ91D, respectively, compared to the tensile strength at room temperature for the magnesium alloy AZ91D, to which CaO was not added. The tensile strength at room temperature was measured after preparing the samples for testing by injection molding in a hot chamber.

Можно подтвердить, что магниевые сплавы с добавлением СаО отличаются большими значениями прочности на разрыв при комнатной температуре по сравнению со сплавами, к которым не добавляли СаО. Также следует понимать, что прочность на разрыв при комнатной температуре для магниевого сплава, к которому добавлено 0,7 мас. % СаО, увеличивается приблизительно на 14% по сравнению с магниевыми сплавами, к которым не добавляли СаО. Кроме того, можно подтвердить, что прочность на разрыв при комнатной температуре увеличивается при увеличении количества добавленного СаО.It can be confirmed that magnesium alloys with the addition of CaO differ in large tensile strengths at room temperature in comparison with alloys to which CaO was not added. It should also be understood that the tensile strength at room temperature for a magnesium alloy, to which 0.7 wt. % CaO, increases by approximately 14% compared to magnesium alloys to which CaO was not added. In addition, it can be confirmed that the tensile strength at room temperature increases with increasing amount of CaO added.

На фиг.14 приведен график, на котором представлены значения удлинения при комнатной температуре для магниевых сплавов, полученных путем добавления 0,3 и 0,7 мас. % СаО в AZ91D соответственно, по сравнению с удлинением при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D, к которому не добавляли СаО. Можно подтвердить, что магниевые сплавы с добавлением СаО отличаются большими значениями удлинения при комнатной температуре по сравнению со сплавами, к которым не добавляли СаО. Также следует понимать, что удлинение при комнатной температуре для магниевого сплава, к которому добавлено 0,7 мас. % СаО, увеличивается приблизительно в 3 раза по отношению к магниевому сплаву, к которому не добавляли СаО. Кроме того, можно подтвердить, что удлинение при комнатной температуре увеличивается при увеличении количества добавленного СаО.On Fig shows a graph showing the values of elongation at room temperature for magnesium alloys obtained by adding 0.3 and 0.7 wt. % CaO in AZ91D, respectively, compared with elongation at room temperature for the magnesium alloy AZ91D, to which CaO was not added. It can be confirmed that magnesium alloys with the addition of CaO have large elongation values at room temperature compared to alloys to which CaO was not added. It should also be understood that elongation at room temperature for a magnesium alloy to which 0.7 wt. % CaO increases approximately 3 times with respect to the magnesium alloy to which CaO was not added. In addition, it can be confirmed that elongation at room temperature increases with increasing amount of CaO added.

На фиг.15 приведен график, характеризующий соотношения между удлинением при комнатной температуре и пределом текучести при комнатной температуре в магниевых сплавах, полученных путем добавления 0,3 мас. % и 0,7 мас. % СаО в AZ91D соответственно, в сравнении с соотношением между удлинением при комнатной температуре и пределом текучести при комнатной температуре для магниевого сплава AZ91D без использования СаО. Можно подтвердить, что магниевые сплавы с добавлением СаО отличаются большими значениями удлинения при комнатной температуре по сравнению со сплавами, к которым не добавляли СаО. Также можно подтвердить, что как предел текучести при комнатной температуре, так и удлинение при комнатной температуре увеличиваются при увеличении количества добавленного СаО.On Fig shows a graph characterizing the relationship between elongation at room temperature and yield strength at room temperature in magnesium alloys obtained by adding 0.3 wt. % and 0.7 wt. % CaO in AZ91D, respectively, in comparison with the relationship between elongation at room temperature and yield strength at room temperature for a magnesium alloy AZ91D without using CaO. It can be confirmed that magnesium alloys with the addition of CaO have large elongation values at room temperature compared to alloys to which CaO was not added. It can also be confirmed that both the yield strength at room temperature and the elongation at room temperature increase with increasing amount of CaO added.

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, при добавлении СаО к коммерчески доступному магниевому сплаву, микроструктура магниевого сплава становится более мелкодисперсной, и образуются фазы типа Mg₂Ca, Аl₂Са или (Mg, Al, другие элементы сплава)₂Са. Кроме того, добавление СаО позволяет предотвратить образование β-фазы (Mg₁₇Al₁₂), отличающейся высокой хрупкостью, и существенно уменьшить дефекты литья. Следовательно, добавление СаО обеспечивает возможность непрямого введения Са в состав сплава за счет реакции восстановления, в результате чего у магниевого сплава одновременно увеличивается прочность при комнатной температуре и удлинение при комнатной температуре.As described above, according to the present invention, when CaO is added to a commercially available magnesium alloy, the microstructure of the magnesium alloy becomes finer and phases like Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca or (Mg, Al, other alloy elements) ₂ Ca are formed. In addition, the addition of CaO prevents the formation of a β phase (Mg ₁₇ Al ₁₂ ), which is highly brittle, and significantly reduces casting defects. Therefore, the addition of CaO provides the possibility of indirect introduction of Ca into the alloy composition due to the reduction reaction, as a result of which the magnesium alloy simultaneously increases strength at room temperature and elongation at room temperature.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты его реализации, специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны различные изменения по форме и в деталях, не выходящие за рамки настоящего изобретения, охарактеризованного в пунктах прилагаемой формулы изобретения. Следовательно, объем изобретения определяется не подробным описанием изобретения, а представленными пунктами формулы изобретения, и все различные варианты, находящиеся в пределах объема изобретения, считаются включенными в настоящее изобретение.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, those skilled in the art will understand that various changes in form and detail are possible without departing from the scope of the present invention described in the appended claims. Therefore, the scope of the invention is determined not by the detailed description of the invention, but by the claims presented, and all the various variations that are within the scope of the invention are considered to be included in the present invention.

Claims

1. A method of producing an alloy based on magnesium, including:
melting of magnesium or magnesium alloy;
adding from 0.05 wt.% to 1.2 wt.% calcium oxide (CaO) on the surface of the molten magnesium or magnesium alloy;
surface mixing to ensure substantially complete consumption of CaO in the course of the reaction between the melt and CaO in magnesium or a magnesium alloy;
providing the interaction of calcium (Ca) resulting from the specified reaction with the specified molten magnesium or magnesium alloy, so that, essentially, there was no calcium; and
alloy casting and curing.

2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of CaO added is in the range from 0.2 wt.% To 0.9 wt.%.

3. The method according to claim 2, characterized in that the amount of CaO added is in the range from 0.3 wt.% To 0.7 wt.%.

4. The method according to claim 1, characterized in that the compound obtained by adding calcium contains at least one of Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca and (Mg, Al) ₂ Ca.

5. A magnesium-based alloy, characterized in that said magnesium-based alloy is obtained by adding from 0.05 wt.% To 1.2 wt.% CaO to the molten magnesium or magnesium alloy, surface mixing the CaO added for essentially the complete consumption of CaO in the course of the reaction between the molten magnesium or magnesium alloy and CaO, to ensure the interaction of the Ca resulting from this reaction with the molten magnesium or magnesium alloy, so that essentially there is no calcium, casting and alloy hardening,
wherein said magnesium-based alloy contains a compound obtained by the interaction of calcium with magnesium or other alloying elements in a magnesium-based alloy.

6. The magnesium-based alloy according to claim 5, characterized in that the yield strength of said alloy at room temperature is from 123 to 137 MPa, or from 131 to 138 MPa, or from 137 to 142 MPa, or from 141 to 161 MPa, or from 143 to 166 MPa, or from 149 to 170 MPa, or from 148 to 160 MPa, or from 148 to 158 MPa.

7. The magnesium-based alloy according to claim 5, characterized in that the tensile strength of said alloy at room temperature is from 205 to 231 MPa, or from 205 to 229 MPa, or from 223 to 232 MPa, or from 239 to 260 MPa or from 240 to 260 MPa, or from 240 to 261 MPa, or from 240 to 255 MPa, or from 240 to 252 MPa.

8. The magnesium-based alloy according to claim 5, characterized in that the elongation of said alloy at room temperature is from 6 to 10%, or from 7 to 12%, or from 12 to 14%, or from 12 to 15%, or from 13 to 17%, or from 12 to 16%, or from 12 to 15%, or from 13 to 14%.

9. The magnesium-based alloy according to claim 5, characterized in that the amount of CaO added is in the range from 0.2 wt.% To 0.9 wt.%.

10. The magnesium-based alloy according to claim 9, characterized in that the amount of CaO added is in the range from 0.3 wt.% To 0.7 wt.%.

11. The magnesium-based alloy according to claim 5, characterized in that the compound formed by the addition of calcium contains at least one of Mg ₂ Ca, Al ₂ Ca and (Mg, Al) ₂ Ca.