專利名稱：鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，尤其涉及一種高強(qiáng)度鑄造用鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是工業(yè)應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)金屬，純鎂的密度為1.738g/cm3，為鋁密度的 2/3，鋼的1/4。且鎂在地殼中的儲量較大，占2.7%，僅次于鋁和鐵。與其他金屬材料相比， 鎂合金具有高比強(qiáng)度、比剛度，較強(qiáng)電磁屏蔽和抗輻射能力，易切削加工、易回收等一系列 優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子、航天及國防工業(yè)領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。由于鎂是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其在室溫下只有單一的滑移系，使得鎂合金在常溫 下塑性較差，變形加工困難，因而鎂合金大多以鑄造方式生產(chǎn)。工業(yè)常用AZ91D、AM60B等壓 鑄鎂合金具有優(yōu)良的室溫強(qiáng)度和良好的鑄造性能，且成本低廉。但這些鎂合金的強(qiáng)度和韌 性難以進(jìn)一步提高，大大限制了這類鎂合金的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述狀況，有必要提供一種具有較高強(qiáng)度和韌性的鎂合金及制備該鎂合金的 方法。一種鎂合金，按質(zhì)量計(jì)，其含有8. 7% 11. 8%的鋁；0.63% 1.93%的鋅； 0. 0. 5%的錳；0. 51% 1. 5%的稀土金屬，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)。該鎂合金的制備方法，包含以下步驟熔融鎂合金原材料，以獲得上述鎂合金；將 該鎂合金鑄造成型；將該鎂合金加熱至330度至420度，升溫時間為30分鐘至180分鐘；保 溫0至60分鐘；將該鎂合金冷卻至室溫。本發(fā)明的鎂合金中較高含量的鋁和鋅是主要的強(qiáng)化元素，錳可以提高鎂合金的耐 蝕性能，而稀土金屬的引入，一方面有利于提高鎂合金的鑄造性能，另一方面可提高鎂合金 晶粒界面熱穩(wěn)定性，阻礙晶粒在熱處理過程中尺寸增大。力學(xué)性能檢測結(jié)果顯示，該鎂合金 的抗拉強(qiáng)度及延伸率較現(xiàn)有鎂合金有較大提高，具有較高的強(qiáng)度及韌性。


圖1是牌號為AZ91D的鎂合金的金相圖。圖2是按照本發(fā)明實(shí)施方式制備的鎂合金的金相圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的鎂合金及其制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種鎂合金，按質(zhì)量計(jì)，其含有8. 7% 11. 8%的鋁(Al) ；0.63% 1.93%的鋅(Zn) ；0. 0.5%的錳(Mn) ；0.51% 1.5%的稀土金屬(RE)，其余為鎂 (Mg)及不可避免的雜質(zhì)。其中RE優(yōu)選為Ce、La、Pr、Nd、Y中的一種或其組合物。Al是鎂合金主要強(qiáng)化元素之一。合金液緩慢冷卻至室溫時，Al和Mg發(fā)生共晶反
3應(yīng)，生成α-Mg固溶強(qiáng)化相和β-Mg17Al12沉淀強(qiáng)化相，提高了鎂合金的室溫強(qiáng)度和硬度。此 外，Al的加入還可提高鎂合金的鑄造性能。實(shí)驗(yàn)證明如果Al的含量低于8.7%，則鎂合 金無法顯示出良好的流動性及鑄造性；而當(dāng)Al的含量高于11. 8%時，則會使鎂合金脆性提 高。Al更為優(yōu)選的范圍是在8. 8%和10. 8%之間。Zn也是鎂合金中的強(qiáng)化元素。Zn在Mg-Al系合金中主要以固溶狀態(tài)存在于α-Mg 相和β-Mg17Al12相中，其可提高鎂合金的室溫強(qiáng)度及改善鎂合金的塑性。Zn的另一個作用 是可使鎂合金的腐蝕電位正移，從而降低鎂合金的腐蝕速度。實(shí)驗(yàn)證明Ζη的含量一般控 制在1. 93%以下，當(dāng)其含量超過1. 93%時，鎂合金在淬火過程中容易發(fā)生裂紋。Zn更為優(yōu) 選的范圍是在0. 63%和1. 02%之間。Mn雖然對鎂合金的強(qiáng)度影響較小，但可提高鎂合金的延伸率。在熔煉過程中添加 Mn的一個重要作用是其可將部分有害的金屬分離出來。例如，熔煉時，F(xiàn)e與Mn結(jié)合可生成 沉淀進(jìn)入渣中。另外Mn還可與合金中的Fe反應(yīng)析出對耐蝕性影響較小的化合物相((Fe， Μη)Α13)，有效地提高了鎂合金的耐蝕性。此外，Mn還能起到提高鎂合金可焊接性的作用。 由于隨著Mn含量的增加，組織中將出現(xiàn)脆性的d-Mn相，降低鎂合金的延展性，因此Mn的含 量一般控制在0.5%以下。添加在鎂合金中的RE主要具有細(xì)化晶粒的作用，使原來沿晶界網(wǎng)狀分布的 β-Mg17Al12相轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)、彌散分布的短桿狀或粒狀，從而提高鎂合金的強(qiáng)度及延伸率。實(shí) 驗(yàn)證明當(dāng)RE含量小于0.51%時，晶粒細(xì)化效果不明顯；但當(dāng)RE含量超過1.5%時，晶粒的 進(jìn)一步細(xì)化不明顯，反而會出現(xiàn)過多的Al4RE相，使鎂合金鑄造性下降，成型鑄件缺陷增加。 RE更為優(yōu)選的范圍是在0.51%和1.23%之間。添加在鎂合金中的RE還具有凈化合金的作用。在熔煉過程中，鎂合金中經(jīng)常會生 成主要為MgO的雜質(zhì)。由于RE與氧的結(jié)合力大于Mg與氧的結(jié)合力，因此，RE加入鎂合金 液后將生成稀土氧化物，從而起到去除雜質(zhì)的作用。另外，在熔煉過程中，由于Mg與水氣的 反應(yīng)使鎂合金具有較強(qiáng)的吸氫傾向，而溶解于鎂合金熔融液中的氫，是鑄件產(chǎn)生氣孔、針孔 及縮松等鑄造缺陷的原因。當(dāng)RE加入鎂合金熔融液后，RE可與水氣和鎂液中的氫反應(yīng)，生 成稀土氫化物，從而達(dá)到除氫的目的。本發(fā)明還提供一種鎂合金的制備方法，其包括如下步驟步驟1，熔融鎂合金原材料，以獲得具有以下特征的鎂合金按質(zhì)量計(jì)，其含有 8. 7% 11. 8% 的 Al ;0· 63% 1. 93% 的 Zn ；0. 0. 5% 的 Mn ；0. 51% 1. 5% 的 RE, 其余為Mg及不可避免的雜質(zhì)。步驟2，將該鎂合金鑄造成型。鑄造的方法可為壓鑄、澆鑄及觸變成型 (Thixmolding)等，優(yōu)選的鑄造方法為觸變成型。步驟3，將該鎂合金加熱至330度至420度，升溫時間為30分鐘至180分鐘。當(dāng)加 熱溫度低于330度時，固溶強(qiáng)化效果不太明顯，而當(dāng)加熱溫度高于420度時，由于該溫度已 經(jīng)接近第二相的熔點(diǎn)，因此固溶強(qiáng)化效果開始減弱。更為優(yōu)選的加熱溫度在350至400度 之間。升溫時間的延長有利于釋放鑄造成型的鎂合金的殘余應(yīng)力，但升溫時間過長會導(dǎo)致 生產(chǎn)效率降低。更為優(yōu)選的升溫時間在60分鐘至120分鐘。步驟4，保溫0至60分鐘。保溫時間的延長有利于提高固溶效果，但過長時間會促 使晶粒長大而導(dǎo)致鎂合金強(qiáng)度下降。更為優(yōu)選的保溫時間在0至30分鐘。
步驟5，將該鎂合金冷卻至室溫。冷卻方式可為水冷或空冷。請同時參閱圖1和圖2，所示為牌號為AZ91D的鎂合金的金相圖和本發(fā)明實(shí)施方式 制備的鎂合金的金相圖。由圖可知，經(jīng)過熱處理后，原來存在于晶界上因非平衡凝固而形成 的β-Mg17Al12相由于分解并溶入α-Mg基體中而導(dǎo)致數(shù)量逐漸減少，且使原來呈網(wǎng)狀分布 的β-Mg17Al12相轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)、彌散分布的短桿狀或粒狀。而具有表面活性的RE在合金凝固 的過程將優(yōu)先析出高熔點(diǎn)、高熱穩(wěn)定的Al4RE相。這些優(yōu)先析出的Al4RE相富集在晶界周圍， 阻礙了二次相的生成，使晶粒得到細(xì)化。由于熱穩(wěn)定相的存在及其釘扎作用，即使鎂合金在 固溶溫度下保溫，晶粒尺寸仍不會有大幅增長。另外，α-Mg基體能與RE中的Ce、Nd和La 等元素形成固溶體，其富鎂區(qū)為低熔點(diǎn)簡單共晶，并在晶界處形成網(wǎng)絡(luò)，抑制縮孔的形成。以下通過具體實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的鎂合金是在IOOkg的不銹鋼制作的坩堝電阻爐內(nèi)熔煉制得的。使用 Ν2+0. 3% SF6的混合氣體作為保護(hù)氣氛。使用原料如下Mg 一級純鎂，鎂含量彡99. 8%Mn 在熔化溫度為710°C 730°C時，將Al_15% Mn中間合金加入溶液中，強(qiáng)烈攪
拌20 30分鐘直至完全熔解。Al 純鋁，鋁含量彡99. 7%，在熔化溫度為650°C 680°C時添加，攪拌3 5分鐘。Zn 純鋅，鋅含量彡99. 995%，在熔化溫度為650°C 680°C時添加，攪拌3 5分鐘。RE 富鈰稀土，在熔化溫度為690°C 710°C時添加，攪拌10 15分鐘。按照表1所列的配方配制13個本發(fā)明的實(shí)施例和1個對比例。配制完成后，保持 熔湯溫度在660°C 670°C時澆鑄成7kg長方形鑄錠，在澆鑄過程中有吹保護(hù)氣體保護(hù)。在 所有試驗(yàn)中所得鑄錠表面沒有灼燒和氧化。不同成分鑄錠經(jīng)采樣后利用ICP-AES進(jìn)行成分 分析。所得鑄錠采用切粒機(jī)器，將各種材料所得鎂錠切成觸變成型所使用的鎂粒。使用 JLM280MGIIe型觸變成型設(shè)備將各鑄錠加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸測試試棒。將實(shí)施例2、實(shí)施例6、實(shí)施例8及實(shí)施例10按照本發(fā)明的制備方法進(jìn)行熱處理， 其余實(shí)施例及對比例不作任何處理。為進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的鎂合金具有較高的強(qiáng)度及韌性，特按照ASTM B55702標(biāo)準(zhǔn) 對上述13個實(shí)施例及對比例進(jìn)行拉伸性能測試。所得測試數(shù)據(jù)見表2。表1各實(shí)施例及對比例化學(xué)成分(重量％，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)) 結(jié)論本發(fā)明實(shí)施例的鎂合金與現(xiàn)有鎂合金相比，抗拉強(qiáng)度及延伸率都有一定程 度的提高，且按照本發(fā)明的制備方法制備出的鎂合金力學(xué)性能提高得更為明顯，具有較高 的強(qiáng)度及韌性。另外，與傳統(tǒng)的T4(固溶處理)，T6(固溶處理+人工時效)等處理方式相 比，本發(fā)明的制備方法還具有耗時較少，生產(chǎn)效率較高等優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神 所作的變化，都包含在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鎂合金，按質(zhì)量計(jì)，其含有8.7％～11.8％的鋁；0.63％～1.93％的鋅；0.1％～0.5％的錳；0.51％～1.5％的稀土金屬，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于其含有8.8% 10. 8%的鋁；0.63% 1.02%的鋅；0. 0. 5%的錳；0. 51% 1. 23%的稀土金屬。
3.一種鎂合金的制備方法，包括如下步驟(1)熔融鎂合金原材料，以獲得具有以下特征的鎂合金按質(zhì)量計(jì)，含有8.7% 11. 8%的鋁；0. 63% 1. 93%的鋅；0. 0. 5%的錳；0. 51% 1. 5%的稀土金屬，其余 為鎂及不可避免的雜質(zhì)；(2)將該鎂合金鑄造成型；(3)將該鎂合金加熱至330度至420度，升溫時間為30分鐘至180分鐘；(4)保溫時間為0至60分鐘；(5)將該鎂合金冷卻至室溫。
4.如權(quán)利要求3所述的鎂合金的制備方法，其特征在于步驟(3)中該鎂合金的加熱 溫度為350度至400度。
5.如權(quán)利要求3所述的鎂合金的制備方法，其特征在于步驟(3)中該鎂合金的升溫 時間為60分鐘至120分鐘。
6.如權(quán)利要求3所述的鎂合金的制備方法，其特征在于步驟(4)中該鎂合金的保溫 時間為0至30分鐘。
7.如權(quán)利要求3所述的鎂合金的制備方法，其特征在于步驟(2)中該鎂合金的鑄造 成型方法為觸變成型。
全文摘要
一種鎂合金，按質(zhì)量計(jì)，其含有8.7％～11.8％的鋁；0.63％～1.93％的鋅；0.1％～0.5％的錳；0.51％～1.5％的稀土金屬，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)。該鎂合金具有較高強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明還提供該鎂合金的制備方法。
文檔編號B22D17/00GK101921940SQ20091030329
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者李憲宗, 歐炳隆, 肖飛燕, 鐘國榮, 陳錦修, 黃海濤 申請人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司