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MgAlZn系適用于鑄造尤其是壓鑄的耐熱
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，以實現(xiàn)減輕車身重量的目的。目前，國產(chǎn)MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有YM302、YM303、YM304、YM305 ;美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM B的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有AZ91A、AZ91B、AZ91D ;日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有MDC1B、MDC1D ;歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有EN-MC21110、EN-MC21120, EN-MC21121。這些牌號的合金具有流動性、機械加工性、鑄造性能都十分優(yōu)良的特點，被廣泛用于金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、砂型鑄造等鑄造形式，并且由于含有合金元素Zn，因此，抗拉強度也十分優(yōu)良。另外，MgAlZn系鎂合金也有用于變形鎂合金方向的。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題汽車上的某些部件，如變速箱箱體、發(fā)動機箱蓋等，工作溫度較高，并且也存在著輕量化的需求。但上述MgAlZn系鎂合金由于合金組織中β相以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點較低，不耐高溫，上述MgAlZn系鎂合金在在200°C高溫下的抗拉強度均小于90MPa，因此其生產(chǎn)的部件不適于在高溫環(huán)境下工作，因而無法滿足汽車上述部件的耐高溫需求。因而，本領(lǐng)域急需一種力學(xué)性能優(yōu)良、耐高溫、能適用于鑄造和能軋制變形的鎂合金。

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—種耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb及Zr組成，其重量百分組成為 Al I. 5% -25%, Zn O. 1% -3. 5%, Mn O. I %-2. 2%、稀土 O. 0002%-16%、Nb
O.0002% -4%, ZrO. 001% _2%，其余為 Mg。其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Pr、Yb、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、Nd、Pr、Yb、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。優(yōu)選，其重量百分組成為Al I. 5% -2. 5%, Zn O. 3% -1%, Mn O. 1% -O. 6%, Gd
O.1% -4%, NbO. 05% -I%、Zr O. 2% -O. 9%，其余為 Mg。優(yōu)選，其重量百分組成為Al 4. 5% -10%, Zn O. 3% -1%, Mn O. 1% -O. 6%, Gd
O.1% -2%, NbO. 05% -I%、Zr O. 2% -O. 9%，其余為 Mg。
更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 7% -9. 7%, Zn O. 35% -1%, Mn O. 12% -O. 6%,Gd O. 1% -O. 8%, Nb O. 05% -O. 6%, Zr O. 2% -O. 9%，其余為 Mg。最優(yōu)選，其重量百分組成為Al 8%, Zn O. 6%, Mn O. 3%, Gd 1%, Nb O. 5%, Zr
0.6%，其余為Mg。其中，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是本發(fā)明提供的壓鑄鎂合金中，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，替代了部分Mg17Al12P相，改變了 β相的結(jié)構(gòu)；另外Zr能夠強烈細(xì)化晶粒，還能與合金液中的某些雜質(zhì)元素(如Fe、Si、Ni)反應(yīng)并沉淀，凈化了合金液。在上述元素的聯(lián)合作用下，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，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明實施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下I、本發(fā)明實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)明實施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、鋅錠、MgMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金、MgZr中間合金或AlZr中間合金，給所用電阻爐升溫，當(dāng)加入的上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720°C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C -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行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到700°C -740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護氣體可以是氬氣，也可以是SF6,還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品；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)明實施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在真空爐中加入鋁錠、鋅錠、AlMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金及MgZr中間合金，升溫至820°C，保溫2-8小時，然后降溫到720°C _780°C，加入鎂錠和RE。待所加入的金屬熔化后在720°C -780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護防止合金液氧化。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，然后進行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。 本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護氣體可以是氬氣，也可以是SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑、RE和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。工藝三照本發(fā)明實施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在熔爐中加入標(biāo)準(zhǔn)牌號MgAlZn系壓鑄鎂合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金及MgZr中間合金,上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720 V _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C _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行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到7000C _740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。
本工藝中保護氣體可以是氬氣，也可以是SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑、RE和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)明實施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法本發(fā)明實施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進行熱處理，其它形式的鑄造件可進行熱處理，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400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫20-80°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)明實施例提供的壓鑄鎂合金可能會含有不可避免的雜質(zhì)，如Fe、Cu、Be等，只要所述雜質(zhì)對鎂合金的性能不造成明顯影響，并且雜質(zhì)總量控制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%以內(nèi)，存在微量雜質(zhì)也是允許的。實施例I按上述工藝一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 Al 25%, Zn 3. 5%, Mn 2. 2%, Y 16%, Nb 4%, Zr 2%，其余為 Mg。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝):將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例2按上述工藝二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 Al 10%, Zn 1%,Μη O. 6%, Gd 2%, Nb l%,Zr 0.9%，其余為 Mg。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝):將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例3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，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Al I. 5%, Zn O. 1%,Μη O. l%,Sm O. 0002%,Nb O. 0002%, Zr O. 001%，其余為Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al I. 5%,Zn O. 3%, Mn O. l%,Nd O. I %, Nb O. 005%, Zr 0.2%，其余為 Mg。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝):將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫50°C。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 2. 5%, Zn 1%,Μη O. 6%, La 4%, Nb l%,Zr 0.9%，其余為 Mg。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝):將 鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫70°C。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 2%'Zn O. 8%, Mn O. 5%,Gd 3%, Nb O. 8%,Zr 0.7%，其余為 Mg。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝):將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫12小時，鑄造件出爐后水淬，水溫60°C。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 6%'Zn O. 7%, Mn O. 2%,Pr2%,Nb O. 4%, Zr 0.5%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 9. 8%, Zn O. 4%, Mn O. 4%, Yb I. 5%, Nb O. 7%, Zr 0.4%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例9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 Al 7%'Zn O. 35%, Mn O. 12%,Tb O. I %, Nb O. 05%, Zr 0.2%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例10按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，所述標(biāo)準(zhǔn)牌號壓鑄鎂合金為AZ9 1D，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Al 9. 7%,Zn 1%,Μη O. 5%,Dy O. 8%,Nb
O.6%,Zr 0.9%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 4. 5%, Zn O. 3%, Mn O. I %, Ho O. I %, Nb O. 05%, Zr 0.2%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 7. 5%, Zn O. 9%,Mn O. 5%, Gd O. 2%, Nb O. l%,Zr 0.8%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例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 Al 7. 5%, Zn O. 9%, Mn O. 5%,Gd O. l%,Er O. I %, Nb O. 1%, Zr 0.8%，其余為Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例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 Al 7. 5%, Zn O. 9%, Mn O. 5%, Er O. 2%, Nb 0.1%、Zr 0.8%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實施例15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 Al 8%, Zn O. 6%, Mn O. 3%, Gd l%,Nb O. 5%, Zr 0.6%，其余為 Mg。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。對比實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Al 8%, Zn 0.6%、Mn 0.3%、Gd l%,Zr O. 6%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。以上各實施例提供的鎂合金鑄件可以含有微量的雜質(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< O. 5 %，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比
<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。本發(fā)明各實施例及對比實施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參見表I。表I各實施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參數(shù)表
常溫下抗拉強度 200 下抗拉強度常溫下伸長率200 下伸長率__Rm(MPa)__Rm(MPa)__A(%)__A(%)_
實施例I 248 194 5 6實施例2 253 206 4 7實施例3 242 192 3 6實施例4 250 196 4 9實施例 5__248__205__3__8_
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、Al、Zn、Mn、稀土、Nb及Zr組成,其重量百分組成為 Al I. 5% -25%, Zn O. 1% -3. 5%, Mn O. 1% -2. 2%、稀土 O. 0002-16%,NbO. 0002% -4%, Zr O. 001 %-2%，其余為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Pr、Yb、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I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、Nd、Pr、Yb、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為AlI.5% -2. 5%, Zn O. 3% -I Mn O. I % -O. 6%, Gd O. I % -4 %, Nb O. 05% -I ZrO.2% -0.9%，其余為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al4.5 % -10 Zn O. 3 % -I Mn O. I % -O. 6 Gd O. I % -2 %, Nb O. 05 % -I ZrO.2% -O. 9%，其余為 Mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al7%-9.7%、ZnO. 35% -1%,Μη O. 12% -O. 6%,Gd O. 1% -O. 8%,Nb O. 05% -O. 6%,Zr O. 2% -O. 9%,其余為Mg。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al8%, Zn 0.6%,Mn O. 3%,Gd l%,Nb O. 5%, Zr 0.6%，其余為 Mg。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl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、Al、Zn、Mn、稀土、Nb及Zr組成，其重量百分組成為Al 1.5％-25％、Zn 0.1％-3.5％、Mn 0.1％-2.2％、稀土0.0002％-16％、Nb 0.0002％-4％，Zr 0.001％-2％，其余為Mg。本發(fā)明通過在鎂合金中添加稀土元素、Nb元素，改變β相的結(jié)構(gòu)；通過加入Zr元素來細(xì)化晶粒和凈化合金液，從而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，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號C22C1/03GK102618763SQ20121010773
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者馮俊 申請人:江漢大學(xué)