專利名稱:一種鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種含鋁(A1)、硅(Si)與鍶(Sr)的鍶變質(zhì)高強鎂合金及其制備方法, 屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù):
作為目前實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,鎂合金具有許多優(yōu)良性能,如密度小、 比強度和比剛度高以及良好的電磁屏蔽與減震性能,被人們譽為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿?前途的綠色工程材料”,面對全球性的能源危機和環(huán)境污染問題,鎂合金在許多工業(yè)領(lǐng)域中 呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。據(jù)預(yù)測,在汽車工業(yè)領(lǐng)域,鎂的應(yīng)用量將平均每年增長15%。含Si鎂合金是一種目前商業(yè)應(yīng)用廣泛的耐熱鎂合金,這是由于形成的Mg2Si強化 相具有高溶點(1085°C)、與基相近的低密度(1.99g/cm_3)、高彈性模量及低熱膨脹系數(shù)等 特點。然而,含Mg2Si的合金只能用于冷卻速度較快的壓鑄,而不能用砂鑄或金屬型鑄造。原 因是在較慢的冷卻速度下Mg2Si強化相會形成粗大的漢字狀形貌,從而惡化合金的能.如 何細化合金的組織成為解決問題的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金及其制備方法,克服現(xiàn)有含Si 鎂合金組織、強化相Mg2Si粗大等缺陷,通過添加合金元素作為細化變質(zhì)劑來細化含Si鎂 合金組織,變質(zhì)合金中的粗大強化相Mg2Si,從而改善含Si鎂合金性能,以便擴大含Si鎂合 金的應(yīng)用范圍。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金,其組分及重量百分比為A1 0-6. 0%, Si 0. 5-2. 0%, Sr 0. 01-1. 0%,剩余部分為 Mg 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明優(yōu)選配方(重量百分比)為A1 -.2-3%, Si 0. 5-l%,Sr 0. 05-0. 1 %,剩余部分為 Mg 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的熔煉與鑄造工藝如下(1)先將純Mg、純A1、純Si在150-200°C預(yù)熱20-30分鐘,并烘干;將精煉劑以及 模具在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘;(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護下熔化,熔化后待熔體溫度為700-720°C時, 向熔體中加入預(yù)熱純A1、純Si,以及工業(yè)純Sr或者含Sr中間合金,然后攪拌至合金元素完 全溶入熔體,將熔體升溫至730-75CTC加入精煉劑進行精煉,在730-75CTC保溫20-30分鐘 后降溫至700-730°C ;(3)撇去浮渣后,在C02與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。所述Sr元素的加入方法是將工業(yè)純Sr或者含Sr中間合金從防氧化環(huán)境中取 出,干燥并經(jīng)鋁箔包裹后,用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5-10分鐘,熔體在730°C-750°C保 溫20-30分鐘后,對合金液精煉后進行鑄造。
所述含Sr中間合金為Mg-Sr中間合金形式或者Al_Sr中間合金形式。所述C02與SF6混合氣體中,SF6體積分?jǐn)?shù)為0.5%。所述澆鑄成型,采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂型鑄造。本發(fā)明精煉劑采用鎂合金熔煉常用的精煉劑(如RJ-2熔劑,加入量占熔體重量的 )。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下1、與現(xiàn)有鎂合金相比,本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步,該發(fā)明熔煉工藝簡單, 合金成本低,強度與塑性高。2、本發(fā)明通過在含Si鎂合金通過添加工業(yè)純Sr或者Mg-Sr中間合金或者Al_Sr 中間合金,來細化合金晶粒尺寸,變質(zhì)含Si鎂合金中Mg2Si強化相,起到組織細化和合金強 化的作用。3、本發(fā)明合金在鑄態(tài)下,抗拉強度ob達到177_221MPa,屈服強度oa2達到 69-lOlMPa,延伸率6達到7. 1-8. 4%,不需要熱處理,即可直接使用。
圖1是未添加Sr的Mg-3Al_lSi合金的晶粒組織宏觀圖。圖2是添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的晶粒組織宏觀圖。圖3是未添加Sr的Mg_3Al_lSi合金的M&Si形貌組織圖。圖4是添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的Mg2Si形貌組織圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。實施例1 合金成分(重量百分比)為2% Al,0.8% Si,0. Sr,剩余部分為Mg和不可避 免的雜質(zhì)。首先,將純Mg、純A1、純Si在150-200 V預(yù)熱20_30分鐘,并烘干;將精煉劑在 150-200°C預(yù)熱30-60分鐘;然后,將純Mg在C02與SF6混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化,熔化后待熔體溫度為700°C時,向熔體中加入純A1、純Si與 Al-10Sr中間合金,所述Sr元素的加入方法是將工業(yè)純Sr從防氧化環(huán)境中取出,干燥并 經(jīng)鋁箔包裹后,用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5分鐘。然后,攪拌至合金元素完全溶入熔 體,將熔體升溫至750°C加入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉,在750°C保溫30分鐘后 降溫至730°C,撇去浮渣進行澆鑄,澆鑄用模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為177. 3MPa,屈服強度為70. 3MPa,延伸率為8. 0%。實施例2 合金成分(重量百分比)為3%A1,1% Si,0.05% Sr,剩余部分為Mg和不可避免 的雜質(zhì)。首先,將純Mg、純A1、純Si在150-200 V預(yù)熱20_30分鐘,并烘干;將精煉劑在 150-200°C預(yù)熱30-60分鐘;然后,將純Mg在C02與SF6混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化,熔化后待熔體溫度為700°C時,向熔體中加入純A1、純Si與Mg-IOSr中間合金,所述Sr元素的加入方法是將Mg-IOSr中間合金從防氧化環(huán)境中取出, 干燥并經(jīng)鋁箔包裹后,用鐘罩迅速壓入熔體液面以下10分鐘。然后,攪拌至合金元素完全 溶入熔體,將熔體升溫至750°C加入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉,在750°C保溫30 分鐘后降溫至730°C,撇去浮渣進行澆鑄,澆鑄用模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為187. 3MPa,屈服強度為82. 9MPa,延伸率為8. 4%。如圖1所示,未添加Sr的Mg-3Al_lSi合金的晶粒組織存在的問題是合金晶粒粗 大,邊部與心部晶粒尺寸明顯不均勻。如圖2所示,添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的晶粒組織的特點是合金晶 粒明顯細化,并且邊部與心部分布較均勻。如圖3所示,未添加Sr的Mg_3Al_lSi合金的M&Si形貌組織存在的問題是合金 中Mg2Si共晶相聚集分布,且為粗大漢字狀,顯著惡化合金的強度與塑性。如圖4所示,添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的Mg2Si形貌組織的特點是 合金中Mg2Si共晶相分布較均勻,同時尺寸明顯減小,形貌由粗大漢字狀變質(zhì)為細小的棒狀 或者塊狀,對合金性能有明顯的強化作用。實施例3 合金成分(重量百分比)為5% Al,Si,0.5% Sr,剩余部分為Mg和不可避免 的雜質(zhì)。首先,將純Mg、純Al、純Si在150-200 V預(yù)熱20_30分鐘,并烘干;將精煉劑在 150-200°C預(yù)熱30-60分鐘;然后,將純Mg在CO2與SF6混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化,熔化后待熔體溫度為700°C時,向熔體中加入純Al、純Si與純 Sr,所述Sr元素的加入方法是將Al-IOSr中間合金從防氧化環(huán)境中取出,干燥并經(jīng)鋁箔 包裹后,用鐘罩迅速壓入熔體液面以下8分鐘。然后,攪拌至合金元素完全溶入熔體,將熔 體升溫至750°C加入占熔體重量的RJ-2熔劑進行精煉,在750°C保溫30分鐘后降溫至 730°C,撇去浮渣進行澆鑄,澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為212. 5MPa,屈服強度為97. 6MPa,延伸率為7. 1 %。
權(quán)利要求
一種鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金,其特征在于,其組分及重量百分比為Al0-6.0%,Si0.5-2.0%,Sr0.01-1.0%,剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金,其特征在于,其優(yōu)選重量百分比為A1 -.2-3%, Si 0. 5-1%, Sr 0. 05-0. 1 %,剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金的制備方法,其特征在于,包括如下 步驟(1)先將純Mg、純A1、純Si在150-20(TC預(yù)熱20-30分鐘,并烘干;將精煉劑以及模具 在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘;(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護下熔化,熔化后待熔體溫度為700-720°C時,向 熔體中加入預(yù)熱純A1、純Si,以及工業(yè)純Sr或者含Sr中間合金,然后攪拌至合金元素完全 溶入熔體,將熔體升溫至730-750°C加入精煉劑進行精煉,在730-75CTC保溫20-30分鐘后 降溫至 700-730 °C ;(3)撇去浮渣后,在C02與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金的制備方法,其特征在于,所述Sr元 素的加入方法是將工業(yè)純Sr或者含Sr中間合金從防氧化環(huán)境中取出,干燥并經(jīng)鋁箔包裹 后,用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5-10分鐘,熔體在730°C -750°C保溫20-30分鐘后,對合 金液精煉后進行鑄造。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金的制備方法,其特征在于,所述含 Sr中間合金為Mg-Sr中間合金形式或者Al_Sr中間合金形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金的制備方法,其特征在于,所述C02與 SF6混合氣體中,SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍶變質(zhì)含硅高強鎂合金的制備方法,其特征在于,所述澆鑄 成型,采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂型鑄造。全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鋁(Al)、硅(Si)與鍶(Sr)的鍶變質(zhì)高強鎂合金及其制備方法,屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。本發(fā)明合金的組分及重量百分比為Al0-6.0%,Si0.5-2.0%,Sr0.01-1.0%,剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的制備工藝為在熔劑或者氣體保護下,將含鎂錠、鋁錠與Si熔化后,加入0.01-1.0%(重量百分比)的工業(yè)純Sr或者含有0.01-1.0%(重量百分比)Sr的Mg-Sr或者Al-Sr中間合金,對合金液精煉后進行鑄造。本發(fā)明通過在含Si鎂合金中加入Sr,來細化合金晶粒尺寸,變質(zhì)含Si鎂合金中Mg2Si強化相,起到組織細化和合金強化的作用。本發(fā)明合金在鑄態(tài)下,抗拉強度σb達到177-221MPa,屈服強度σ0.2達到69-101MPa,延伸率δ達到7.1-8.4%。
文檔編號C22C23/02GK101871067SQ20091001128
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者周吉學(xué), 楊院生, 王晶, 王杰, 童文輝 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所