專利名稱：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別是一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，屬于輕金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金材料具有比強(qiáng)度、比剛度高以及阻尼減震等特點(diǎn)，已經(jīng)成為汽車制造業(yè)的重要原材料，為滿足汽車工業(yè)節(jié)能和環(huán)保的要求提供了更大的發(fā)展空 間。Mg-Al系合金是鑄造鎂合金中應(yīng)用最廣的，其中的AZ系和AM系鎂合金已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到了廣泛的商業(yè)化應(yīng)用，這些合金不僅具有良好的鑄造性還表現(xiàn)出優(yōu)良的室溫機(jī)械性能。但由于它們的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能不佳、耐腐蝕性能較差，一直以來(lái)都只是用作一些非關(guān)鍵性的汽車零部件，如方向盤，轉(zhuǎn)向柱部件，儀表板，座椅和齒輪箱等，它們?cè)谄囍饕獎(jiǎng)恿ο到y(tǒng)(變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體)中的應(yīng)用受到了很大的限制。在Mg-Al基合金中加入堿土元素Ca或Sr，會(huì)在基體相中析出熔點(diǎn)很高的Al-Ca相或Al-Sr相。這些相在高溫下不會(huì)分解，能夠?qū)Ы缙鸬胶芎玫尼斣Ч?，因而能夠有效地改善鎂合金的高溫力學(xué)性能，特別是抗蠕變性能。專利CN 1637160A(壓鑄用鎂合金及鎂壓鑄制品)公開(kāi)了一種在AZ91系基體合金中添加晶粒細(xì)化劑銻和鈣中的至少一種、和鍶，來(lái)完善鎂合金組織，提高合金高溫蠕變性能的案例，其成份質(zhì)量百分配比為6. 0 11.0%鋁(A1)，0. I 2. 5%鋅(Zn)，0. I 0.5%錳(Mn)，0. I I. 5% 銻(Sb)，0. 05 3. 5% 鈣(Ca)，0. I 2. 5% 鍶(Sr)，余量為鎂。又如專利CN 101643872A (—種高強(qiáng)度、高塑性鎂合金及其制備方法)公開(kāi)了一種在Mg-Sn基體合金中添加合金元素硅、銻、釔和鍶中的一種或幾種，來(lái)提高鎂合金的強(qiáng)度和塑性的案例，其成份質(zhì)量百分配比為6. I 9. 5%鋁(Al)，I. (T5. 0%錫(Sn)，(T3. 0%硅(Si), 0^2. 0% 銻(Sb)，0 3. 0% 釔(Y)，0 2. 0% 鍶(Sr)，余量為鎂。近年來(lái)的研究表明，Sb和Cd的合金化可以改善Mg-Al-RE合金中力學(xué)性能和耐蝕性能，如公布號(hào)為CN102134673A公開(kāi)的一種高強(qiáng)韌耐熱耐蝕稀土鎂合金和公布號(hào)為CN102127669A公開(kāi)的高強(qiáng)韌耐熱耐蝕稀土鎂合金均是通過(guò)Sb和Cd來(lái)改善合金力學(xué)性能。作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用材料，需要兼具優(yōu)良的室溫機(jī)械性能和耐熱性能的同時(shí)還需要具有良好的耐腐蝕性能。所有這些合金雖然具有較高的強(qiáng)度，但過(guò)多的合金合金元素導(dǎo)致合金中的第二相較多而降低了合金的塑性和耐蝕性能，限制了它們?cè)谄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的應(yīng)用。專利WO 01/44529 Al公開(kāi)了一種Mg-Al-Sr系合金，其成份質(zhì)量百分配比為2. 0 9. 0%鋁(A1)，0. 5 7. 0%鍶(Sr)，余量為鎂。該合金成本相對(duì)較低，在150°C以上的高溫具有較高的拉伸屈服強(qiáng)度OlOOMPa)和耐蠕變性能(< 0. 03%)，以及較低的耐腐蝕性能(彡0. 3251mm/year)。其中，AJ62合金(Mg_6Al_2. 4Sr)已經(jīng)成功地應(yīng)用于寶馬六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。與AJ62合金相比，AJ52合金(Mg-5Al-2Sr)具備有更高的耐熱性能，但其室溫機(jī)械性能和耐腐蝕性能卻低于AJ62合金(Eric Baril, Pierre Labelle, and Mihriban0. Pekguleryuz. Elevated Temperature Mg-Al-Sr: Creep Resistance, MechanicalProperties, and Microstructure. Jom-Journal of the Minerals Metals & MaterialsSociety. 2003，55(11) : A34-A39.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，該鎂合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、塑性、抗蠕變性能和耐腐蝕性。為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁3. 5^5. 5%，鍶I. 5^2. 5%，銻0. 2^0. 4%，鎘0. 2 0. 8%,鈦0. 04 0. 08%,其余為鎂。作為優(yōu)選，所述成分的重量百分配比為鋁5. 0^5. 5%，鍶2. 0^2. 5%，銻0. 2 0. 25%，鎘0. 2 0. 25%,鈦0. 04 0. 06%,其余為鎂。 本發(fā)明的工藝步驟如下在熔劑和氣體保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁放入坩堝內(nèi)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至68(T730°C，保溫一段時(shí)間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續(xù)升溫至74(T760°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液5 10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置1(T20分鐘后澆注。該工藝可用于合金鑄件或胚料的制造。本發(fā)明通過(guò)Sb、Cd和Ti的合金化在改善Mg-Al-Sr合金力學(xué)性能(如提高合金的室高溫拉伸屈服強(qiáng)度)的基礎(chǔ)上，大幅地提高合金的耐蝕性能(降低合金的耐腐蝕速率)，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和效果為(I)采用低熔點(diǎn)和低成本的Mg-Sr中間合金實(shí)現(xiàn)Sr的添加，Sr可以提高鎂固溶體的熔點(diǎn)，其具有較低的密度并且在鎂合金中擴(kuò)散緩慢；Sr具有細(xì)晶強(qiáng)化的作用，可以細(xì)化鎂合金晶粒；Sr與合金中的Al結(jié)合能夠生成高熔點(diǎn)的A14Sr相，減少M(fèi)gl7A112相在晶界析出，提高合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能；(2)表面活性元素Sb能夠改善合金中A14Sr相的形態(tài)、數(shù)量和分布。Sb將取代部分Al優(yōu)先與Sr結(jié)合形成高熔點(diǎn)彌散顆粒相SbSr2，該相在合金熔體凝固過(guò)程中可作為a-Mg基體的非均質(zhì)形核的核心細(xì)化晶粒，在合金基體中還能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高合金的強(qiáng)度。SbSr2相的形成還會(huì)導(dǎo)致合金中A14Sr相的形成受到限制，使固溶于合金基體中的Al元素含量增加，提高了合金固溶強(qiáng)化的效果，使合金的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度得以提升。(3) Cd是一種能夠在鎂中無(wú)限固溶的合金元素，Cd的存在能夠提基體電極電位，使合金的耐蝕性能得到提高。(4)Ti起到細(xì)化晶粒和改善晶界第二相的作用，提高合金的力學(xué)性能。(5) 一定含量的Al能夠提高鎂合金的鑄造性能和耐腐蝕性能，保證合金的固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效果，但Al含量較高時(shí)又降低了合金的高溫性能和韌性，因此鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)應(yīng)保持在3. 5% 5. 5%。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
合金成分(重量百分比)3.5%A1、1. 5%Sr、0. 2%Sb、0. 2%Cd、0. 06%Ti，其余為 Mg，控制雜質(zhì)元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁放入坩堝內(nèi)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至700°C，保溫一段時(shí)間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續(xù)升溫至750°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置20分鐘后澆注。實(shí)施例2合金成分(重量百分比)5.0%A1、2. 0%Sr、0. 25%Sb、0. 25%Cd、0. 04%Ti，其余為 Mg，控制雜質(zhì)元素Si ( 0. 02%，F(xiàn)e ( 0. 005%，Cu ( 0. 015%，Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁放入坩堝內(nèi)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至680°C，保溫一段時(shí)間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續(xù)升溫至760°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液5分鐘后加入Al-Ti 中間合金，靜置20分鐘后澆注。實(shí)施例3合金成分(重量百分比)5.5%A1、2. 0%Sr、0. 3%Sb,0. 6%Cd、0. 06%Ti，其余為 Mg，控制雜質(zhì)元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁放入坩堝內(nèi)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至730°C，保溫一段時(shí)間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續(xù)升溫至740 V，加入精煉劑精煉鎂合金熔液7分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置15分鐘后澆注。實(shí)施例4合金成分(重量百分比)5.0%A1、2. 5%Sr、0. 4%Sb、0. 8%Cd、0. 08%Ti，其余為 Mg，控制雜質(zhì)元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂和工業(yè)純鋁放入坩堝內(nèi)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至710°C，保溫一段時(shí)間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續(xù)升溫至750°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置10分鐘后澆注。上述各實(shí)施例中得到的合金力學(xué)性能如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.ー種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁3.5 5. 5%,鍶 I. 5 2. 5%,銻 O. 2 O. 4%,鎘 O. 2 O. 8%,鈦 O. 04 O. 08%,其余為鎂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁5. 0 5· 5%,鍶2. 0 2· 5%,銻O. 2 O. 25%,鎘O. 2 O. 25%,鈦O. 04 O. 06%,其余為續(xù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其成分的重量百分配比為鋁3.5~5.5%，鍶1.5~2.5%，銻0.2~0.4%，鎘0.2~0.8%，鈦0.04~0.08%，其余為鎂；本發(fā)明通過(guò)Sb、Cd和Ti的合金化在改善Mg-Al-Sr合金力學(xué)和耐熱性能的基礎(chǔ)上，大幅度地提高合金的耐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C23/02GK102703786SQ20121021947
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者劉子利, 劉希琴, 朱曉春, 李健, 李娟 申請(qǐng)人:江蘇中翼汽車新材料科技有限公司