專利名稱：：鑄造方法和合金成分的結(jié)合的制作方法鑄造方法和合金成分的結(jié)合本發(fā)明涉及一種鑄造鎂合金的方法，該鎂合金包含鋁、鋅和錳，并且余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)，其雜質(zhì)總量低于給定的重量％。鎂基合金在汽車工業(yè)中被廣泛用作鑄件，并且在3C部件(3C:計算機(jī)、照相機(jī)和通信)中也越來越重要。鎂基合金鑄件可通過常規(guī)的鑄造方法制造，所述方法包括壓鑄法、砂型鑄造法、金屬型和半金屬型鑄造法、石膏型鑄造法和熔模鑄造法。鎂基合金表現(xiàn)出許多特別有利的性質(zhì)，這些性質(zhì)促使汽車工業(yè)對鎂基合金鑄件的需求增加。這些性質(zhì)包括低密度、高的強(qiáng)度-重量比、優(yōu)良的鑄造性能、良好的機(jī)械加工性以及優(yōu)良的阻尼特性。最常見的壓鑄鎂合金是(例如)Mn含量小于0.5%的Mg-Al合金或Mg-Al-Zn合金，其主要為Mg-9免Al-l免Zn(命名為AZ91)、Mg-6%A1(AM60)禾卩Mg-5%A1(AM50)。專利文獻(xiàn)WO2006/000022Al中描述了這樣一種鎂基合金，其含有鋅、鋁、鈣和/或鈹或可有可無的錳，其中提供該合金是為了改善鑄鎂部件的表面光潔度。然而，該WO專利文獻(xiàn)沒有具體涉及合金的鑄造性。本發(fā)明是為了提供一種成本相對較低的鎂基合金，并且該鎂基合金具有改善的表面光潔度和改善的鑄造性。本發(fā)明的特征在于這樣一種合金，該合金含有10.00重量％-13.00重量％的鋁，0.00重量％-10.00重量％的鋅；以及5.00重量％-13.00重量％的鋁，10.00重量％-22.00重量％的鋅；該合金還包含0.10重量％-0.5重量％的錳，并且余量是鎂和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)總量低于O.l重量％，由此，■在溫度被控制于15(TC-34(TC的鑄模中鑄造該合金，■在以下時間內(nèi)填充鑄模，該時間用毫秒表示，并且等于2至300之間的某一數(shù)值乘以用毫米表示的部件平均厚度的乘積，■在鑄造期間將靜態(tài)金屬壓力保持為20MPa-70MPa，并且隨后可將其增加到180MPa，如所附的獨(dú)立權(quán)利要求l所限定。從屬權(quán)利要求2-11限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。通過利用如上文所述的規(guī)定的Mg-Al-Zn合金和特定的鑄造方法的組合，可以制造出具有優(yōu)異的表面光潔度、合理的可鍛性以及可接受的機(jī)械特性和抗腐蝕性的產(chǎn)品。優(yōu)選的是，鋁含量為5.00重量％-13.00重量％。如果A1含量少于10.00%，則Zn含量被限制為10.00重量％-22.00重量％。Zn含量較低會產(chǎn)生鑄造性和表面光潔度的較差組合。如果Al含量超過10.00%，則Zn的含量范圍可被擴(kuò)展到0.00%-22.00%，而仍然獲得令人滿意的鑄造性和表面光潔度。對于要求滿足最低可鍛性的應(yīng)用來說，以這樣的方式選擇合金的組成，S卩，使得鋁含量為10.00重量％-12.00重量％，并且Zn含量為0.00%-4.00重量％。如果合金的組成是鋁含量為6.00重量％-12.00重量％，并且Zn含量為10.00重量％-22.00重量％，則可以制得具有均衡的鑄造性和表面光潔度的合金。這些合金表現(xiàn)出鑄造溫度低的優(yōu)點(diǎn)。下文通過實施例、并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述，其中圖1A、B分別示意性地示出冷室壓鑄機(jī)和熱室壓鑄機(jī)。圖2是示出鑄鎂合金的凝固速度和顯微組織(晶粒尺寸和二次枝晶臂間距(secondarydendritearmspacing))的關(guān)系的圖。圖3是示出Mg合金的晶粒尺寸與可鍛性的關(guān)系的圖。圖4是示出Mg合金的晶粒尺寸與拉伸屈服強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖5示出得自現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的圖表，所述文獻(xiàn)為G.SFoerster，"Newdevelopmentsinmagnesiumdiecasting"(鎂壓鑄工藝的新進(jìn)展)，IMAproceedings,1976年，第35-39頁，該文獻(xiàn)的作者將組成范圍分成可鑄造區(qū)域、脆性區(qū)域和熱裂區(qū)域。圖6示出具有液相等溫線的Mg-Al-Zn相圖的富Mg角。圖7示出三種不同的Mg合金的固體分?jǐn)?shù)(用重量％表示，在水平軸上)與溫度rc，在垂直軸上)的關(guān)系的圖。圖8-10示出利用三種不同的鑄模鑄造出的三種不同的Mg合金部件。圖11是以示圖的方式將采用圖8的盒式鑄模(boxdie)時的鑄造缺陷(裂縫和缺陷筋條的平均值)繪制為缺陷等量線(lineofequalnumberofdefects)的圖，其中，Zn含量沿x軸繪制，Al含量沿y軸繪制。圖12是以示圖的方式將采用圖8的盒式鑄模時的以1-5級表示的表面光潔度繪制為等級別線的圖，其中，Zn含量沿x軸繪制，Al含量沿y軸繪制。圖13是z軸表示拉伸強(qiáng)度(用MPa表示)、而x軸和y軸分別表示Al含量和Zn含量的圖，在該圖中，可鍛性以等伸長百分率線來表示。圖14是示出以重量損失計的腐蝕速率的圖，該重量損失被表示為等腐蝕速率(mg/cm々天)線，其中，Zn含量沿y軸繪制，Al含量沿x軸繪制。在圖IA和IB中，分別示意性地示出冷室壓鑄機(jī)和熱室壓鑄機(jī)，各壓鑄機(jī)具有分別設(shè)置有液壓夾緊系統(tǒng)11、21的鑄模10、20。通過分別設(shè)置有活塞13、23的壓射缸12、22將熔融的金屬引入鑄模內(nèi)。在圖1A所示的冷室系統(tǒng)內(nèi)，需要具有用于將金屬計量供入水平壓射缸內(nèi)的輔助系統(tǒng)。然而，如圖1B所示，熱室壓鑄機(jī)采用直接位于熔融的合金內(nèi)的垂直活塞系統(tǒng)12、23。為了獲得具有優(yōu)異性能的Mg-Al-Zn合金，必須在非常快的冷卻條件下鑄造合金。高壓壓鑄工藝就是這樣的情況。鋼模10、20分別配置有油(或水)冷系統(tǒng)，以將鑄模溫度控制在20(TC-30(TC。要得到高質(zhì)量的合金，前提是充模時間短，以避免填充過程中金屬凝固。建議充模時間處于1(^秒X平均厚度(mm)的數(shù)量級。這可通過驅(qū)使合金高速(其通常是30米/秒-300米/秒)通過澆口而獲得。使用直徑足夠大、且速度最高達(dá)到10米/秒的柱塞來使壓射缸內(nèi)獲得期望的體積流量，以達(dá)到填充時間短的需要。通常使用的靜態(tài)金屬壓力是20MPa-70MPa，隨后可以將壓力增加到180MPa，對于壁較厚的鑄件尤其是如此。在采用這種鑄造方法的情況下，根據(jù)被鑄造部件的厚度，結(jié)果，部件的冷卻速率通常為1(TC/秒-100(TC/秒。在圖2中示出鑄造合金的凝固速度和顯微組織之間的關(guān)系。在水平軸上示出以'C/秒表示的凝固速度，左手邊的垂直刻度示出二次枝晶臂間距(以pm表示)，而右手邊的垂直刻度示出晶粒直徑(以Hm表示)。線30表示所獲得的晶粒尺寸，而線31是獲得的二次枝晶臂間距的值。在進(jìn)行壓鑄的情況下，通過冷卻速率來實現(xiàn)晶粒細(xì)化。如上文所述，通常達(dá)到的冷卻速率為1(TC/秒-100(TC/秒。這通常使得晶粒尺寸為5|im-100|um。眾所周知，細(xì)小的晶粒尺寸對合金的可鍛性是有利的。在附圖3中示出了這種關(guān)系，該圖中示出晶粒尺寸和相對伸長率之間的關(guān)系。在水平軸上示出平均晶粒尺寸(以pm表示)，而垂直軸示出相對伸長率(以％表示)。在圖中示出兩種不同的組成，一種是純鎂(線35)，另一種是命名為AZ91(Mg-9%A1，l%Zn)的Mg合金(線36)。眾所周知，細(xì)小的晶粒尺寸對合金的拉伸屈服強(qiáng)度是有利的。這種關(guān)系(Hall-Petch)在附圖4中示出。在水平軸上示出晶粒直徑(表示為d^")，其中，d用(im表示，而垂直軸示出拉伸屈服強(qiáng)度(以MPa表示)。因此，顯而易見的是，為了獲得拉伸強(qiáng)度和可鍛性，需要通過極快的冷卻速率來得到細(xì)小的晶粒尺寸，通過壓鑄工藝容易獲得極快的冷卻速率。術(shù)語"鑄造性"表示合金被鑄造成為具有所需功能和特性的最終產(chǎn)品的能力。其一般包含3類(1)形成具有全部期望的幾何特7征和尺寸的部件的能力；(2)產(chǎn)生具有期望特性的致密部件的能力；(3)對壓鑄模具、鑄造設(shè)備和壓鑄工藝效率的影響。在3C工業(yè)中，需要鑄造通常小于0.5mm的極薄的薄壁部件，例如筆記本電腦和手機(jī)的外殼。這對合金填充鑄模、同時提供光滑而有光澤的表面的能力提出了很高的要求。對于這些應(yīng)用，AZ91是最常用的合金，這主要是因為其與AM50和AM60相比具有較好的鑄造性。然而，AZ91薄壁部件的表面常常不令人滿意。通常，要在這些部件上施加轉(zhuǎn)化涂層。對于光澤性差的表面(有時包括元素偏析區(qū)域)而言，必須采用多層涂層。通常，表面質(zhì)量越好，需要的涂層就越少。在20世紀(jì)70年代，對含有0-10重量％的Al和0-35重量％的Zn的Mg-Al-Zn合金進(jìn)行了檢測(文獻(xiàn)G.S，F(xiàn)oerster:"Newdevelopmentsinmagnesiumdiecasting"(鎂壓鑄工藝的新進(jìn)展)，IMAproceedings，1976年，第35-39頁)。圖5示出的圖表(得自Foerster的論文)將組成范圍分為可鑄造區(qū)域、脆性區(qū)域和熱裂區(qū)域。在澳大利亞專利WO2006/000022Al中描述的合金主要是在圖5的可鑄造區(qū)域內(nèi)，其中該專利提供了試圖改善表面光潔度的方法。本發(fā)明的合金組成主要是在現(xiàn)有技術(shù)(圖5)所描述的組成范圍之外，而且完全在專利WO2006/000022Al中所描述的組成范圍之外。在測試期間(將在下文說明)，顯而易見的是，與以前描述的合金相比，本發(fā)明的合金在充模、粘模(diesticking)和熱裂方面都表現(xiàn)出相當(dāng)大的改善。這些在復(fù)雜的薄壁部件的壓鑄過程中都是關(guān)鍵的特征。具有本發(fā)明中規(guī)定的Al和Zn含量的Mg-Al-Zn合金將在600°C左右開始凝固，凝固溫度取決于Al和Zn的含量。圖6表明了這一點(diǎn)，其中圖6示出了Mg-Al-Zn相圖的Mg角中的液相等溫線。結(jié)果，鑄造溫度(通常比液相線高7(TC)可以顯著低于常規(guī)的AM50、AM60和AZ91合金的鑄造溫度。由于共晶MgDAlu相在42(TC左右熔融，因此，常規(guī)的Mg-Al合金(如AM50，AM60禾卩AZ91)具有將近200。C的凝固范圍，這在附圖7中示出，其中該圖示出三種不同合金的固體分?jǐn)?shù)(以重量％表示，在水平軸上)與溫度rc,在垂直軸上)的關(guān)系。具體而言，AZ91在60(TC開始凝固并且在42(TC完全凝固。當(dāng)A1含量增加到14免(如合金AZ141)時，合金在570。C左右開始發(fā)生凝固，而在42(TC完全凝固。由于Zn的顯著存在，合金AZ85在59(TC-35(TC的范圍內(nèi)凝固。在Mg-Al-Zn合金中，由于Zn改變了共晶MgnAlu相，因此，合金會在明顯低于42(TC的溫度下完全凝固，如常規(guī)的合金AM50、AM60和AZ91那樣。一般來說，提高M(jìn)g-Al壓鑄合金中的鋁含量可改善壓鑄性。這是因為Mg-Al合金的凝固范圍寬，從而使其必然難以鑄造，除非在凝固結(jié)束時存在足夠多的共晶。這可以解釋AZ91D的優(yōu)良的鑄造性與圖7示出的冷卻曲線一致的原因。在本發(fā)明的合金除了含有Al之外還含有大量的Zn時，在凝固結(jié)束時甚至存在更多的(改性的)共晶，這解釋了本發(fā)明的Mg-Al-Zn合金的鑄造性得到改善的原因。在熔融狀態(tài)時，鎂合金容易著火和氧化(燃燒)，除非用保護(hù)氣體保護(hù)，所述保護(hù)氣體例如為SF6和含有或不含有C02的干氣、以及S02和干氣。隨著溫度的升高，氧化加劇。通常，還要加入少量的鈹(按重量計為10-15ppm)以減少氧化。已知鈹會形成有毒的物質(zhì)，因此應(yīng)該謹(jǐn)慎地使用。特別是，由于在廢渣/沉淀物中富集含鈹化合物，因此，在對清理坩堝而產(chǎn)生的廢渣和沉淀物進(jìn)行處理時需要采取大量的安全措施。本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是可以在明顯低于常規(guī)合金的鑄造溫度下鑄造合金，從而減少了對保護(hù)氣體的需求。由于同樣的原因，可以將鈹?shù)奶砑恿勘３衷谧畹退?。與常規(guī)的合金相比，鑄造溫度較低還具有諸如使計量系統(tǒng)、壓射缸和鑄模的壽命均得到改善之類的顯著優(yōu)點(diǎn)。特別是在熱室壓鑄的情況下，鵝頸槽的壽命會得到顯著延長。鑄造溫度較低的合金還有可能縮短循環(huán)時間，從而提高壓鑄操作的生產(chǎn)率。為了評價合金元素的影響，制備了多種Mg合金，并且在三個不同的鑄模中進(jìn)行鑄造*帶有筋條的盒式鑄模，圖8<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>下表2中給出鑄造參數(shù)的細(xì)節(jié)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>沒有使用增強(qiáng)的壓力。所進(jìn)行的測試如下鑄造缺陷的評定針對每種合金中對IO個任意的盒子進(jìn)行目視檢査。缺陷被分為*包括不完全填充和冷隔的缺陷筋條*基于結(jié)點(diǎn)的熱裂*端部的裂縫表面光潔度的評定表面光潔度由多人獨(dú)立地目視檢查，并分為1-5級(5級為最好)。拉伸強(qiáng)度和可鍛性制備根據(jù)ASTMB557M的直徑為6mm的測試棒，并使用下面的測試條件*10kNInstron測試機(jī)*室溫*至少IO個平行測試*應(yīng)變速率-1.5mm/分鐘知道應(yīng)變達(dá)到0.5%，-應(yīng)變超過0.5%以后為10mm/分鐘。*根據(jù)ISO6892測試抗腐蝕性根據(jù)ASTMB117進(jìn)行腐蝕測試。實施例2在圖U中，以示圖的方式將裂縫和缺陷筋條這兩種鑄造缺陷的平均數(shù)繪制為缺陷等量線，其中，Zn含量沿x軸繪制，Al含量沿y軸繪制?？梢钥闯?，在Zn含量低(<3%)和Zn含量高(>10%)的區(qū)域中，裂縫數(shù)量最少。可以看出，就鑄造缺陷而言，Al含量為8重量％-10重量％且Zn含量<2重量％的合金尤為優(yōu)良；Zn含量越低效果就越好。此外，含有7重量％-12重量％的Al和12重量％-18重量％的Zn的合金也表現(xiàn)出極少的鑄造缺陷。實施例3在圖12中，以示圖的方式把用1-5級表示的表面光潔度繪制為等級別線，其中，Zn含量沿x軸繪制，Al含量沿y軸繪制?？梢钥闯?，就表面光潔度的等級而言，Al含量〉11重量免并且Zn含量〈3重量％的區(qū)域是最好的；Zn含量越低效果就越好。此外，大致由A1含量為8重量免-12重量免且Zn含量〉10重量呢所限定的區(qū)域也提供了表面光潔度優(yōu)異的合金。實施例4在室溫下針對多種組成對強(qiáng)度和伸長率進(jìn)行了測量。結(jié)果在圖13中示出。在此，z軸表示拉伸強(qiáng)度(用MPa表示)，而x軸和y軸分別表示Al和Zn的含量。在同一圖中將可鍛性表示為等伸長率線?？傮w上可以看到，拉伸強(qiáng)度(用MPa表示)隨合金元素含量的增加而提高。增加A1(重量％)的效果比增加Zn的效果更明顯。圖13也表明，以伸長百分率表示的可鍛性隨合金元素含量的增加而降低。例如，表示伸長率為3%的這條線從12重量％的Al和0%的Zn這一位置大體上線性地延伸到0%的Al和18重量呢的Zn這一位置。12針對多種組成根據(jù)ASTMB117來確定抗腐蝕性。在該測試中，為了確定Zn含量與Al含量的關(guān)系所帶來的影響而引入了大量的數(shù)據(jù)。結(jié)果在圖14中示出。在該圖中，將以重量損失計的腐蝕速率表示為等腐蝕速率線(mg/cm々天)，其中，Zn含量沿y軸繪制，Al含量沿x軸繪制?？梢钥闯觯赯n含量低于大約8重量％時，腐蝕速率隨Al含量的增加而降低，并且?guī)缀跖cZn含量無關(guān)，然而，當(dāng)Zn含量超過約12重量%時，腐蝕速率隨Zn含量的增加而略微地增加，并且?guī)缀跖cA1含量無關(guān)。由8重量免-12重量呢的Zn限定的區(qū)域表示過渡區(qū)域。具體而言，在Zn含量為0呢時，腐蝕速率由大約0.09mg/cmV天(Al含量為4重量％)降低到大約0.03mg/cm2/天(Al含量為9重量％)。在Al含量恒定為9重量％時，腐蝕速率增加到0.05mg/cm々天(Zn含量為8重量％)以及0.11mg/cm2/天(Zn含量為14重量％)。從這些測試結(jié)果明顯看出，本發(fā)明提供了一種鑄造鎂合金的方法，由此獲得了高溫蠕變特性、可鍛性和腐蝕性能優(yōu)異地結(jié)合在一起的產(chǎn)品。權(quán)利要求1.一種鑄造鎂合金的方法，所述鎂合金含有10.00重量％-13.00重量％的鋁，0.00重量％-10.00重量％的鋅；以及5.00重量％-13.00重量％的鋁，10.00重量％-22.00重量％的鋅；該鎂合金還包含0.10重量％-0.5重量％的錳，并且余量是鎂和不可避免的雜質(zhì)，該雜質(zhì)的總量低于0.1重量％，其中，■在溫度被控制于150℃-340℃的鑄模中鑄造該合金，■在以下時間內(nèi)填充該鑄模，所述時間用毫秒表示，并且等于2至300之間的某一數(shù)值乘以用毫米表示的部件平均厚度的乘積，■在鑄造期間將靜態(tài)金屬壓力保持為20MPa-70MPa，并且隨后可將其增加到180MPa。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將鑄模溫度控制為16(TC-30(TC范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選為20(TC-27(TC范圍內(nèi)的溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用毫秒表示的充模時間等于部件的用毫米表示的平均厚度乘以2至200之間、優(yōu)選3-50之間、最優(yōu)選3-20之間的某一數(shù)值的乘積。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，在鑄造期間將所述靜態(tài)金屬壓力保持為30MPa-70MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，鑄造之后的冷卻速率為1(TC/秒-1000'C/秒。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，鋁含量為10.00重量％-13.00重量％，優(yōu)選為10.00重量％-12.00重量％。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，Zn含量為0.00%-10.00重量％。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，鋁含量為10.00重量％-12.00重量％，且Zn含量為0.00重量％-4.00重量%。9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，鋁含量為5.00重量％-13.00重量％，優(yōu)選為6.00重量％-12.00重量％。10.根據(jù)權(quán)利要求l-5和9中任一項所述的方法，其特征在于，Zn含量為10.00重量％-22.00重量％。11.根據(jù)權(quán)利要求1-5和9-10中任一項所述的方法，其特征在于，鋁含量為6.00重量％-12.00重量％，且Zn含量為10.00重量%-18.00重量％。全文摘要本發(fā)明涉及一種鑄造鎂合金的方法，所述鎂合金包含10.00重量％-1300重量％的鋁，0.00重量％-10.00重量％的鋅；以及5.00重量％-13.00重量％的鋁，10.00重量％-22.00重量％的鋅；該合金還包含0.10重量％-0.5重量％的錳，并且余量是鎂和不可避免的雜質(zhì)，其雜質(zhì)總量低于0.1重量％，其中，在溫度被控制于150℃-340℃的鑄模中鑄造該合金；在以下時間內(nèi)填充鑄模，該時間用毫秒表示，并且等于2至300之間的某一數(shù)值乘以用毫米表示的部件平均厚度的乘積；在鑄造期間將靜態(tài)金屬壓力保持為20MPa-70MPa，并且隨后可將其增加到180MPa。文檔編號B22D21/00GK101505891SQ200780030727公開日2009年8月12日申請日期2007年8月16日優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日發(fā)明者佩爾·巴克,哈康·韋斯滕根,阿曼達(dá)·鮑爾斯申請人:鎂工泰克有限公司