專利名稱：一種耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種適合鑄造成形的高性能耐熱鎂合金。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進(jìn)一步研發(fā)燃料利用率更高的新產(chǎn)品。在汽車制造業(yè)中，鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬材料，被汽車制造廠家用來替代傳統(tǒng)的鑄鐵，以實(shí)現(xiàn)減輕車身重量的目的。
目前，國產(chǎn)鑄造鎂合金牌號(hào)有ZM2、ZM3、ZM4、ZM6等。這些牌號(hào)的合金具有力學(xué)性能、鑄造性能都良好的特點(diǎn)，同時(shí)，由于ZM系鎂合金β相中含有一定量的較高熔點(diǎn)的MgZr 化合物或MgZr化合物與MgRE化合物的兼有，使這種鎂合金具有一定的耐高溫性能。如常溫下，ΖΜ3在鑄態(tài)或熱處理狀態(tài)下，其抗拉強(qiáng)度RmS 120MPa，伸長率A為1. 5%，200°C下，其抗拉強(qiáng)度RmS llOMPa，伸長率A為2%;又如ZM4，在常溫下，其抗拉強(qiáng)度Rm為140MPa，伸長率A為2%，200°C下，其抗拉強(qiáng)度匕為llOMPa，伸長率A為2. 5%。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題隨著科技發(fā)展， 鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，現(xiàn)有鎂合金已無法滿足在200°C以上高溫環(huán)境下作業(yè)的要求,因而,急需一種耐高溫性更加優(yōu)良的鎂合金。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有著良好壓鑄性的耐熱鎂合金。所述技術(shù)方案如下
一種耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al及M元素組成，其重量百分組成為 Zn O. 2% -9%, Zr O.1 %-2%、稀土 O. 0002%-16%、Nb O. 0002% -4%, Al O. 001% -1. 49%、M元素O. 001-2%，其余為Mg ;其中，M元素為T1、Sr、Ca、C、B中的至少一種。
其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優(yōu)選，所述稀土為Gd 或 Gd 與 Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優(yōu)選，其重量百分組成為Zn O. 2% -O. 7%, Zr O. 4% -1%, Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% -1%、A10. 03% -O. 6%、M 元素 O. 001-2%，其余為 Mg。
優(yōu)選，其重量百分組成為Zn 3. 5% -5. 5%, Zr O. 4% -1%, Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% -1%,A10. 03% -O. 6%、M 元素 O. 05-0. 9%，其余為 Mg。
優(yōu)選，其重量百分組成為Zn 7. 5% -9%, Zr O. 5% -1%, Gd O.1 % -2. 5 %, Nb O. 05% -1%、A10. 04% -O. 6%、M 元素 O. 05-0. 9%，其余為 Mg。
最優(yōu)選，其重量百分組成為Zn O. 6%, Zr O. 8%,Gd 2. 2%, Nb O. 2%,Al O. 1%, M元素O. 1%,其余為Mg。
其中，所述Nb和Al通過NbAl中間合金或Al Nb中間合金的形式加入所述鎂合金中。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是本發(fā)明提供的鎂合金中，由于 RE能與Mg形成MgRE化合物，Nb能和其他元素(如Al)形成一些耐高溫的金屬化合物,這些金屬化合物分布在晶界上，改變了 β相的結(jié)構(gòu)；另外Zr與M元素共同作用能夠強(qiáng)烈細(xì)化晶粒，延緩晶粒的長大，還能與合金液中的某些雜質(zhì)元素(如Si)反應(yīng)并沉淀,凈化了合金液。上述·元素的聯(lián)合作用，提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動(dòng)性及壓鑄性良好適合鑄的耐熱鎂合金。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下
1、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金可通過以下三種熔煉工藝制作
工藝一按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在電阻爐中加入鎂錠、鋅錠、MgZr中間合金、NbAl中間合金或AlNb中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。給所用電阻爐升溫，當(dāng)加入的上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C _780°C時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)，并攪拌，在 7200C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量， 如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到700°C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。
本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護(hù)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品，配制低鋁含量合金時(shí)，NbAl中間合金可選取Al含量比Nb含量低的產(chǎn)品，如=NbAl 80和NbAl 75，它們的Al含量分別為15% -20%,20% -25% ;精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
工藝二 按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在真空爐中加入鎂錠、鋅錠、MgZr中間合金、NbAl中間合金或AlNb中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。升溫至820°C，保溫2-8小時(shí)，然后降溫到720°C _780°C，加入RE。待所加入的金屬熔化后在720V _780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如氣體含量的檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。
本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護(hù)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、 稀土及中間合金為市場上銷售產(chǎn)品，配制低鋁含量合金時(shí)，NbAl中間合金可選取Al含量比 Nb含量低的產(chǎn)品，如=NbAl 80和NbAl 75，它們的Al含量分別為15% -20%,20% -25% ； 精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
工藝三照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在熔爐中加入標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的鑄造鎂合金(如ZM2、ZM3、ZM4、ZM6中的至少一種)、NbAl中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C -780°C時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)，并攪拌，在 7200C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量， 如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到700°C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。
本工藝中保護(hù)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、中間合金為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
2、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金中的壓鑄件不進(jìn)行熱處理，其它鑄造件可進(jìn)行熱處理，一般采用T4固溶處理。
T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至430°C，保溫12小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫60°C。
受熔煉過程選用原料的純度及熔煉、鑄造過程中其他一些不可避免的因素的影響，本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金鑄件會(huì)含有不可避免的雜質(zhì)，如Zn、S1、Cu、Be等，只要所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%，就不會(huì)對鎂合金的性能造成明顯影響。
實(shí)施例1
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 2%, Zr O. 1%, Y O. 0002%, Nb O. 0002%, Al O. 001%, Sr O. 001%, 其余為Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例2
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用半固態(tài)鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn l%,Zr1. 5%, Sc 10%, Nb 2%, Al1. 2%, Ti O. 15%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例3
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Zn 9%, Zr 2%, Sm 16%, Nb 4%, Al1. 49%, Ca 2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例4
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 2%,Zr O. 4%, Nd O.1 %, Nb O. 05%,Al O. 03%,C O. 05%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例5
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 7%, Zr l%,La 4%, Nb 1%,A1 O. 6%, B O. 09%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例6
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 6%, Zr O. 9%, Gd1. 5%,Nb O. 4%, Al O. 3%, Ca 0.5%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例7
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 6%, Zr O. 9%, Gd 1%, Ce O. 5%, Nb O. 4%, Al O. 3%, Ca 0.5%，其余為Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例8
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 6%, Zr O. 9%, Ce1. 5%, Nb O. 4%, Al O. 3%, Ca 0.5%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例9
按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過程中所用的所述標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)壓鑄鎂合金為ZM2，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Zn 3.5%、Zr 0.6%, (Ce+La)0. 8% O. l%,Nb O. 05%, Al O. 03%, Ti O. 05%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例10
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 5. 5%, Zr l%,Dy 4%, Nb 1%,A1 O. 6%, Ti 0.9%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例11
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 4%, Zr O. 7%, Ho 3%, Nb O. 6%, Al O. 2%, Sr 0.3%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例12
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 4%, Zr O. 7%, Gd 3%, Nb O. 6%, Al O. 2%, Sr 0.3%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例13
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 7. 5%,Zr O. 5%,Er O. l%,Nb O. 05%,Al O. 04%,Ca O. 05%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例14
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 9%, Zr l%,Gd 2. 5%, Nb 1%,A1 O. 6%, C 0.9%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例15
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 8. 5%, Zr O. 7%, Gd 2%, Nb O. 4%, Al O. 5%, B 0.4%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例16
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 6%, Zr O. 8%, Gd 2. 2%, Nb O. 2%, Al 0.1%、Ti 0.1%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
對比實(shí)施例
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Zn 0.6%、Zr 0.8%、Gd 2.2%、Al 0.1%、Ti O.1%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
以上各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件均含有不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比<0.5%，單一雜質(zhì)(如Fe、N1、Cu等)在所述鎂合金成品中的重量百分比彡O. 1%。
本發(fā)明提供的鎂合金適用于金屬模鑄造、高壓壓鑄、半固態(tài)鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、砂型鑄造等鑄造方式。
鑄件的力學(xué)性能測試在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明各實(shí)施例及對比實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參見表I。
表I各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種耐熱鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al及M元素組成，其重量百分組成為Zn O. 2 % -9 %, Zr O.1 %-2 %、稀土 O. 0002 %-16 %、Nb O. 0002% -4%, A10. 001% -1. 49%、M 元素 O. 001_2%，其余為 Mg ;其中，M 元素為 T1、Sr、 Ca、C、B中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、 La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sc、Sm、 Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為ZnO.2% -O. 7%, Zr O. 4% -1%、Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% -1%、Al O. 03% -O. 6%、M 元素O.001-2%，其余為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Zn3.5% -5. 5%, Zr O. 4% -1%、Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% -1%、Al O. 03% -O. 6%、M 元素O.05-0. 9%，其余為 Mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Zn7.5% -9%, Zr O. 5% -l%,Gd O. 1% -2. 5%, Nb O. 05% -1%, Al O. 04% _0·6%、Μ 元素O.05-0.9%，其余為 Mg。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Zn0.6%, ZrO.8%,Gd 2. 2%, Nb O. 2%,Al O.1 %、M 元素 O.1 %，其余為 Mg。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb和Al通過NbAl中間合金或 AlNb中間合金的形式加入所述鎂合金中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐熱鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al及M元素組成，其重量百分組成為Zn 0.2％-9％、Zr 0.1％-2％、稀土0.0002％-16％、Nb 0.0002％-4％、Al 0.001％-1.49％、M元素0.001-2％，其余為Mg；其中，M元素為Ti、Sr、Ca、C、B中的至少一種。本發(fā)明通過在鎂合金中添加稀土及Nb元素，改變了β相的結(jié)構(gòu)；另外Zr與M元素共同作用能夠強(qiáng)烈細(xì)化晶粒，還能與合金液中的某些雜質(zhì)元素(如Si)反應(yīng)并沉淀，凈化了合金液。上述元素的聯(lián)合作用，提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動(dòng)性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號(hào)C22C23/00GK102994835SQ20111026704
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者馮俊 申請人:江漢大學(xué)