專利名稱：一種抗熱裂低線收縮率鑄造鎂合金的制作方法
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抗熱裂高性能鑄造鎂合金。
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，其中，上述ZM系鎂合金含有鈰混合稀土或鑭混合稀土、鋅、鋯。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)。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)至少存在以下問題鎂合金在鑄造時(shí)，金屬液在凝固成固體的過程中，受體積收縮的影響，內(nèi)部應(yīng)力很大，容易造成鑄件表面開裂，甚至發(fā)生鑄件開模即斷裂的現(xiàn)象。這種熱裂現(xiàn)象嚴(yán)重的影響了鑄造鎂合金的應(yīng)用，影響到鎂合金件的合格率。上述壓鑄鎂合金線收縮率為I. 5-2%，有明顯熱裂現(xiàn)象，限制了其使用范圍。

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)施例提供了一種抗熱裂低線收縮率鑄造鎂合金。所述技術(shù)方案如下一種抗熱裂低線收縮率鑄造鎂合金，所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al及Li組成，其重量百分組成為 Zn O. 2-9%, Zr O. 0002-2%、稀土 O. 0002-16%、Nb O. 0002-4%,Al O. 001-1. 49%,Li O. 0002-9%，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Zn O. 2-0.7%、Zr O. 4-1%, Gd O. 1-4%, Nb O. 05-1%,Al O. 03-0.6%、Li O. 001-1 %，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%,Al O. 03-0.6%、Li O. 05-6%，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%,Al O. 04-0.6%、Li O. 05-4%，其余為 Mg。更優(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%,Li 0.2%，其余為 Mg。其中，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。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)明提供的鑄造鎂合金中，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，Li和Zr有強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒和凈化合金液作用。由于上述元素的聯(lián)合作用，特別是Li元素的作用，使合金凝固時(shí)結(jié)晶潛熱發(fā)生改變，在上述元素的吸熱、放熱聯(lián)合作用下，本發(fā)明提供的合金液在模具中保持液態(tài)的時(shí)間明顯長于現(xiàn)有ZM系壓鑄鎂合金，使得合金在凝固過程中，補(bǔ)縮充分、內(nèi)部熱應(yīng)力小、抗熱裂性能好，同時(shí)，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金液態(tài)體積和固態(tài)體積變化很小，因此具有充型能力優(yōu)良、收縮率低的特點(diǎn)。本發(fā)明合金還具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動(dòng)性及壓鑄性良好等特性。
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，下面將對本發(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I、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配制合金，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、鋅錠、MgZr中間合金、NbAl中間合金或AlNb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(shí)采用氬氣保護(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)、AlLi中間合金或MgLi中間合金,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；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品，其中NbAl中間合金選取Al含量低的產(chǎn)品，例如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配制合金，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。升溫至820°C，保溫2_8小時(shí)，然后降溫到720°C _780°C，加入RE、AlLi中間合金或MgLi中間合金。待所加入的金屬熔化后在720V _780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氬氣保護(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；鎂合金覆蓋劑、稀土、中間合金為市場上銷售產(chǎn)品，其中NbAl中間合金選取Al含量低的產(chǎn)品，例如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配制合金，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中間合金或AlNb中間合金。上述金屬快熔化時(shí)采用氬氣保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C-78(TC時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGd> MgY> MgNd等)、AlLi中間合金或MgLi中間合金，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。
本工藝中鎂合金覆蓋劑和中間合金劑為市場上銷售產(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本發(fā)明實(shí)施例提供的壓鑄鎂合金中的壓鑄件可不進(jìn)行熱處理，其它形式的鑄造件可進(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400 0C，氬氣保護(hù)，保溫15小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫40 0C。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)施例提供的壓鑄鎂合金可能會(huì)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(shí)施例I按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，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. 0002%, Y O. 0002%, Nb O. 0002%, Al O. 001%, Li O. 0002%,
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按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用半固態(tài)鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 9%, Zr 2%, Sc 16%,Nb4%,Al I. 49%, Li 9%，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鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，鎂合金的重量百分組成為 ZnO. 2%、Zr O. 4%, Sm O. I %, Nb O. 05%,Al O. 03%,Li O. 01%，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. 7%, Zr l%,Nd 4%, Nb 1%,A1 O. 6%, Li I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按上述工藝三所述步驟制備鎂合金，制備過程中所用的所述標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)壓鑄鎂合金為ZM2，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為Zn 3.5%, Zr O. 55%,(Ce+La)0. 9%, Nb O. 05%, Al O. 03%, Li 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6按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 5. 5%, Zr l%,C e 4%, Nb 1%,A1 0. 6%, Li 6%，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%,Tb O. I %, Nb O. 05%,Al O. 04%, Li 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8按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，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%,Dy 2. 5%, Nb 1%,A1 O. 6%, Li 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9按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 5%, Zr O. 6%,Gd l%,Nb O. 5%, Al O. 4%, Li 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10按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 5%, Zr O. 6%, Gd O. 7%, Gd O. 3%, Nb O. 5%, Al O. 4%, Li 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11按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn O. 5%, Zr O. 6%, Er l%,Nb O. 5%, Al O. 4%, Li 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12按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 6%, Zr I. 5%, Ho 8%, Nb 3%, Al l%>Li 7%，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13按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 2%, Zr O. 3%, Sc O. 05%, Nb O. 04%, Al I. 4%, Li 8%，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14按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Zn 4%, Zr O. 2%, Gd 3%, Nb O. 08%, Al O. 2%, Li 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15按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 ZnO. 6%、Zr O. 8%, Gd 2. 2%, Nb O. 2%, Al 0.1%、Li 0.2%，其余為 Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。對比實(shí)施例I按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為ZnO. 6%、Zr 0.8%、Gd 2.2%、Al 0.1%、Li O. 2%，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。對比實(shí)施例2按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為ZnO. 6%、Zr O. 8%, Gd 2. 2%, Nb O. 2%, Al O. I%，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。對比實(shí)施例3按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為ZnO. 6%、Zr O. 8%, Gd 2. 2%, Al O. I%，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)明各實(shí)施例及對比實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的線收縮率參見表I。表I各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的線收縮率表
權(quán)利要求
1.一種抗熱裂低線收縮率鑄造鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al 及 Li 組成，其重量百分組成為 Zn O. 2-9 %、Zr O. 0002-2 %、稀土 O. 0002-16 %、NbO. 0002-4%, Al O. 001-1. 49%, Li O. 0002-9%，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(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為ZnO.2-0. 7%,Zr O. 4-1%,Gd O. I-4%,Nb O. 05-1%,Al O. 03-0. 6%,Li O. 001_1%，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. 03-0.6%、Li O. 05-6%，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. 5-1%, Gd O. 1-2. 5%, Nb O. 05-1%, Al O. 04-0. 6%, Li O. 05-4%，其余為Mg。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Zn0.6%,Zr O. 8%,Gd 2. 2%, Nb O. 2%,Al O. l%,Li 0.2%，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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗熱裂低線收縮率鑄造鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Zn、Zr、稀土、Nb、Al及Li組成，其重量百分組成為Zn 0.2-9％、Zr 0.0002-2％、稀土0.0002-16％、Nb 0.0002-4％、Al 0.001-1.49％、Li 0.0002-9％，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?chǔ)孪嗟慕Y(jié)構(gòu)，通過加入Li和Zr元素來細(xì)化晶粒，由于上述元素的聯(lián)合作用，使合金凝固時(shí)結(jié)晶潛熱發(fā)生改變，得到了一種具有充型能力優(yōu)良，收縮率低，力學(xué)性能優(yōu)良，機(jī)械加工性、流動(dòng)性及壓鑄性良好，適合鑄造的鎂合金。
文檔編號(hào)C22C23/04GK102618765SQ20121010774
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)