專利名稱：一種鎂錫基合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬結構材料及制備技術領域，特別是一種不含稀土的新型鎂錫基合
金及其冶煉和熱處理工藝。
背景技術：
鎂合金是一種新型的輕合金，與鋁合金和鈦合金相比它具有密度更低，阻尼性能 更好，鑄造性能更優(yōu)越等優(yōu)點。高性能鎂合金的研制是近年來各國金屬材料領域的熱點。鎂 鋁系是最常用的鎂合金系，但是已有的鎂鋁合金的使用溫度一般低于150°C ，不能滿足許多 構件的要求。目前能夠改善高溫強度和蠕變性能的商業(yè)鎂合金主要都是以稀土元素為主要 合金元素，且大多數鎂稀土基合金中稀土元素的用量>7%，但是組織穩(wěn)定性問題仍然是限 制這些合金使用溫度的重要因素，價格則制約了這些合金在民用產品上的普及。在不含稀 土元素的高溫高強鎂合金組分設計中，已有的工作主要分為三個方向l，在已獲得廣泛應 用的鎂鋁系合金中添加微量元素；2，以鈣、硅等為主要合金元素；3，以錫為主要合金元素。 鎂鋁基系合金可以隨微量元素的不同而獲得不同程度的性能改變，但是相對實際應用所需 要的指標，沒有本質的改善；鎂鈣基系和鎂硅基系合金依靠晶界上穩(wěn)定的共晶相起到強化 作用，但是這些晶界共晶往往比較粗大，而且基體內部得不到細小彌散的強化相。目前主 要的鎂錫基合金多為三元合金，其中性能較好且具有商用潛力的是Mg-Sn-Zn三元鎂錫基 合金。該系列鎂錫基合金具有一定的時效強化效果，但是達時效峰值的時間較長。合金在 200-25(TC時效，時效峰值在70 75HV之間，到達時效峰值所需的時間在70h 100h之間， 這不利于工業(yè)生產。因此，改善鎂錫基合金的工作是很有必要的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種新型的鎂錫基合金及其制
備方法，通過改良組分及熱處理工藝，使其具有時效強化效果明顯，時效峰值出現較快，過
時效緩慢，組織穩(wěn)定性較好的特點，以增加鎂合金的合金體系，優(yōu)化其性能。 本發(fā)明提供的一種鎂錫基合金，其特征在于，該鎂錫基合金的組分由鎂、錫、鋅、錳
和銀五種元素組成；各組分含量的質量百分比為 錫(Sn) :6 8% 鋅(Zn) :2 3% 錳(Mn) :0. 2 0. 5% 銀(Ag) :0. 1 0. 5% 其余為鎂(Mg)。 本發(fā)明提供的上述鎂錫基合金的制備方法，包括冶煉，均勻化熱處理，時效熱處 理；其特征在于，包括以下步驟
步驟一 制備鎂錫基合金坯料 按下列組分及質量百分比含量配料6 8%錫，2 3%鋅，0. 2 0. 5%錳，0. l
30.5%銀，其余為鎂；原料中各組分的純度均超過99. 99%，在坩堝中依次放入鎂，錫，鋅， 錳，銀，加熱至700 720°C ，攪拌8-10分鐘，靜置6-10分鐘成合金液體，將合金液體澆注到 鑄造用冷模具中形成鎂錫基合金坯料；
步驟二均勻化熱處理 將鎂錫基合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣氣氛下進行加熱，加熱溫度為 440-45(TC，保溫時間為27-30小時，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金；
步驟三時效熱處理 將均勻化的鎂錫基合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，加熱溫度為 200-22(TC，保溫時間為25 30小時，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。
本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點 1、本發(fā)明提出的這種鎂合金的特征在于綜合考察了 Mg-Sn、Mg-Zn、Mg-Mn等相圖，
以及可能的金屬間化合物，采用廉價的主合金元素，不含稀土元素，只需要添加微量的銀元
素，其余主要合金元素均為較便宜的非稀土元素，材料的成本在可接受的范圍。 2、本發(fā)明的鎂錫基合金具備高溫高強應用的潛力，時效峰值超過80HV，高于其他
系列的鎂錫基合金。 3、本發(fā)明所制備的鎂錫基合金，時效峰值到達的時間為25-30小時，遠低于其他 系列的鎂錫基合金，很大程度上節(jié)省了熱處理所需要的時間和熱處理需要的能耗。
4、本發(fā)明所制備的鎂錫基合金在20(TC以上時效，合金顯微硬度值在55小時之后 穩(wěn)定保持在70HV左右，材料組織的高溫穩(wěn)定性能很好。 5、本發(fā)明設計的鎂錫基合金可以通過常規(guī)電阻爐進行熱處理，熱處理過程中無需 氬氣等氣體保護，無需額外增加特殊設備，在企業(yè)應用時可節(jié)約設備成本。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的是提供一種高溫性能穩(wěn)定且時效反應較快的鎂錫基合金。
通過如下實施例對本發(fā)明做進一步說明
實施例1 : 步驟一 制備鎂錫基合金坯料 (1)按下列組分及質量百分比含量配料6%錫，2%鋅，0. 2%錳，0. 1%銀，其余為 鎂；原料的純度均為99. 999%，坩堝和鑄造用模具采用低碳鋼材質。坩堝目標溫度定為 700°C ;然后將所述各種配料放在烘箱中預熱至16(TC，同時將占所制備鎂錫基合金總重量 2wt^的RJ-2覆蓋劑放入烘箱中烘烤；將澆鑄用模具在另外的箱式爐中預熱至300°C ;
(2)當坩堝升溫至300°C時，通入C02氣體至坩堝內進行氣體置換，然后在坩堝底 部加入1/2左右的已烘烤的覆蓋劑，再后將預熱好的純鎂配料放入坩堝內；
(3)鎂配料熔化并且等坩堝溫度穩(wěn)定在70(TC后，根據熔點由高到低依次加入預 熱的其它各種配料，然后熔體進行攪拌約8分鐘；此過程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆蓋 劑，以表面不燃為準； (4)坩堝溫度穩(wěn)定在70(TC后，熔體靜置6分鐘，按體積百分比，在99. 5%空氣(或 C02)+1% SF6混合氣體保護下掏渣； (5)掏渣完畢后，維持坩堝溫度穩(wěn)定在70(TC，按體積百分比，在99.5^空氣(或C02)+1% SF6混合氣體保護下澆鑄成鎂錫基合金坯料；
步驟二 均勻化熱處理 將鎂錫基合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣氣氛下進行加熱，加熱溫度為44(TC， 保溫時間為27小時，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金；
步驟三時效熱處理 將均勻化的鎂錫基合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，時效過程中 使用的溫度為20(TC，保溫時間為30小時，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。
實施例2 : 步驟一 制備鎂錫基合金坯料 (1)按下列組分及質量百分比含量配料7%錫，2. 5%鋅，0. 3%錳，0. 3%銀，其余 為鎂。原料的純度均為99.999%，坩堝和鑄造用模具采用低碳鋼材質。定坩堝目標溫度為 71(TC，然后將所述各種配料放在烘箱中預熱至16(TC，同時將占所制備鎂錫基合金總重量 2wt^的RJ-2覆蓋劑放入烘箱中烘烤；將澆鑄用模具在另外的箱式爐中預熱至300°C ;
(2)當坩堝升溫至300°C時，通入C02氣體至坩堝內進行氣體置換，然后在坩堝底 部加入1/2左右的已烘烤的覆蓋劑，再后將預熱好的純鎂配料放入坩堝內；
(3)鎂配料熔化并且等坩堝溫度穩(wěn)定在71(TC后，根據熔點由高到低依次加入預 熱的其它各種配料，然后熔體進行攪拌約9分鐘；此過程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆蓋 劑，以表面不燃為準。 (4)坩堝溫度穩(wěn)定在71(TC后，熔體靜置8分鐘，按體積百分比，在99.5^空氣(或 C02)+1% SF6混合氣體保護下掏渣； (5)掏渣完畢后，維持坩堝溫度穩(wěn)定在71(TC，按體積百分比，在99.5^空氣(或 C02)+1% SF6混合氣體保護下澆鑄成鎂錫基合金坯料。
步驟二 均勻化熱處理 將鎂錫基合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣氣氛下進行加熱，加熱溫度為445t:， 保溫時間為28小時，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金。
步驟三時效熱處理 將均勻化的鎂錫基合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，時效過程中 使用的溫度為21(TC，保溫時間為27小時，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。
實施例3 : 步驟一 制備鎂錫基合金坯料 (1)按下列組分及質量百分比含量配料8%錫，3%鋅，0. 5%錳，0. 5%銀，其余為 鎂。原料的純度均為99.999%，坩堝和鑄造用模具采用低碳鋼材質。定坩堝目標溫度為 720°C ，開始加熱。然后將各種配料放在烘箱中預熱至160°C ，同時將占所制備鎂錫基合金總 重量2wt^的RJ-2覆蓋劑放入烘箱中烘烤；將澆鑄用模具在另外的箱式爐中預熱至30(TC。
(2)當坩堝升溫至300°C時，通入C02氣體至坩堝內進行氣體置換，然后在坩堝底 部加入1/2左右的已烘烤的覆蓋劑，再后將預熱好的純鎂配料放入坩堝內。
(3)鎂配料熔化并且等坩堝溫度穩(wěn)定在72(TC后，根據熔點由高到低依次加入預 熱的各種配料，然后熔體進行攪拌約10分鐘；此過程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆蓋劑， 以表面不燃為準。
(4)坩堝溫度穩(wěn)定在72(TC后，熔體靜置10分鐘，按體積百分比，在99. 5%空氣 (或C02) +1 % SF6混合氣體保護下掏渣； (5)掏渣完畢后，維持坩堝溫度穩(wěn)定在72(TC，按體積百分比，在99. 5%空氣(或 C02)+1% SF6混合氣體保護下澆鑄成鎂錫基合金坯料。
步驟二 均勻化熱處理 將鎂錫基合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣氣氛下進行加熱，加熱溫度為45(TC， 保溫時間為30小時，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金。
步驟三時效熱處理 將均勻化的鎂錫基合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，時效過程中 使用的溫度為22(TC，保溫時間為25小時，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。
權利要求
一種鎂錫基合金，其特征在于，該鎂錫基合金的組分由鎂、錫、鋅、錳和銀五種元素組成；各組分含量的質量百分比為錫(Sn)6～8％鋅(Zn)2～3％錳(Mn)0.2～0.5％銀(Ag)0.1～0.5％其余為鎂(Mg)。
2. —種鎂錫基合金的制備方法，包括冶煉，均勻化熱處理，時效熱處理；其特征在于，包括以下步驟步驟一 制備鎂錫基合金坯料按下列組分及質量百分比含量配料6 8%錫，2 3%鋅，0. 2 0. 5%錳，0. 1 0.5%銀，其余為鎂；原料中各組分的純度均超過99. 99%，在坩堝中依次放入鎂，錫，鋅， 錳，銀，加熱至700 720°C ，攪拌8-10分鐘，靜置6-10分鐘成合金液體，將合金液體澆注到 鑄造用冷模具中形成鎂錫基合金坯料；步驟二 均勻化熱處理將鎂錫基合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣氣氛下進行加熱，加熱溫度為440-45(TC， 保溫時間為27-30小時，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金； 步驟三時效熱處理將均勻化的鎂錫基合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，加熱溫度為 200-22(TC，保溫時間為25 30小時，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂錫基合金及其制備方法，屬于金屬結構材料及制備技術領域，該鎂錫基合金的組分由鎂、錫、鋅、錳和銀五種元素組成；各組分含量的質量百分比為6～8％錫，2～3％鋅，0.2～0.5％錳，0.1～0.5％銀，其余為鎂；其制備方法包括在坩堝中依次放入各組成，加熱，攪拌，靜置成合金液體，澆注到冷模具中形成鎂錫基合金坯料；再放入電阻爐，在空氣氣氛下加熱，冷水淬火得到均勻化的鎂錫基合金；最后在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進行時效熱處理，冷水淬火得到時效強化的鎂錫基合金。本發(fā)明冶煉工藝簡單，可以通過熱處理進行沉淀強化，時效峰值到達時間較短，硬度值在80HV以上，高溫組織穩(wěn)定，銀元素的添加量很少，成本在可接受的范圍，具備商用的潛力。
文檔編號C22C23/00GK101781728SQ20101012460
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權日2010年3月12日
發(fā)明者張文征, 石章智 申請人:清華大學