一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有色金屬領(lǐng)域，主要涉及一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金及其制備方法，其中鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量百分比為：Al：4~8wt%，Zn:5~9wt%，Sn:0~2wt%，Sr：0~0.5wt%，Ca:0~2wt%，雜質(zhì)元素Si≤0.02，F(xiàn)e≤0.003，Ni≤0.003，Cu≤0.003，余量為Mg。具有優(yōu)良的耐沖擊性能，可廣泛應(yīng)用于制備汽車前端等需要耐沖擊的部件。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬領(lǐng)域，特別涉及一種新型高強(qiáng)度耐沖擊鎂合金及其制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及其合金是迄今在工業(yè)中應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有重量輕、密度小、強(qiáng)度高、剛性好、壓鑄性能好、降低噪音、電磁屏蔽性和減震性好、可循環(huán)利用等特性。被材料專家譽(yù)為本世紀(jì)最具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的綠色工程材料。由轎車運(yùn)動(dòng)阻力方程可知，大約油耗的75%與汽車整車質(zhì)量有關(guān)，滾動(dòng)阻力對(duì)油耗貢獻(xiàn)約35%，加速阻力和爬坡阻力對(duì)油耗貢獻(xiàn)約40%，空氣阻力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)僅為25%，空氣阻力與汽車整備質(zhì)量并無(wú)關(guān)聯(lián)?？梢?jiàn)，降低整車質(zhì)量是降低車的油耗的十分重要的措施。由于鎂的比重只有1.74kg/cm3,比鋁(2.7kg/cm3)輕三分之一，因此擴(kuò)大鎂合金在汽車上的應(yīng)用是汽車輕量化的重要途徑。值得重視的是，雖然我國(guó)目前在鎂工業(yè)方面擁有“資源第一、產(chǎn)量第一、出口量第一”的三項(xiàng)“世界冠軍”，可是受到現(xiàn)有鎂合金性能的約束，鎂合金在汽車上的用量(平均3Kg)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人們期待的水平。鎂合金在汽車上的應(yīng)用主要是那些室溫下強(qiáng)韌性要求不高且易于壓鑄成形的非結(jié)構(gòu)件(如殼類件)，而這些零件在整車中所占重量比是十分有限的?；诘聡?guó)大眾公司等預(yù)測(cè)，今后每臺(tái)車上可達(dá)到用鎂合金185公斤的目標(biāo)，這就要求必須實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件(包括發(fā)動(dòng)機(jī)支架、方向盤骨架、轉(zhuǎn)向柱支架、座椅骨架、輪轂等部件)的鎂合金化，由此對(duì)鎂合金的性能也提出了更高要求。針對(duì)這些零件，除了要滿足成形性要求外，更重要的是材料要具有高強(qiáng)韌性，能減震并達(dá)到零件受沖擊時(shí)不會(huì)輕易斷裂?？墒牵F(xiàn)有的鎂合金其強(qiáng)韌性都不能完全滿足其技術(shù)要求，且現(xiàn)有的AZ及AM系變形鎂合金由于其強(qiáng)烈的各向異性及拉壓不對(duì)稱性，限制了其在耐沖擊部件方面的應(yīng)用。這使得鎂合金在汽車上的用量和應(yīng)用水平都受到了較大的限制，因此能否開(kāi)發(fā)出新型的高性能鎂合金，將是對(duì)鎂合金擴(kuò)大用量和提升技術(shù)水平的一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
[0003]本發(fā)明致力于研究一種新型高強(qiáng)度耐沖擊鑄造鎂合金，使其具有優(yōu)良的耐沖擊性能，可應(yīng)用于制備汽車前端等需要耐沖擊的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:
本發(fā)明是一種高強(qiáng)度耐沖擊鑄造鎂合金及其制備方法，其目的在于通過(guò)在鎂熔體中添加Al、Zn、Mn、Sn、Sr和Ca等元素，使其強(qiáng)度及韌性提高，從而提高其耐沖擊性能的方法研制出一種高強(qiáng)度的耐 沖擊鑄造鎂合金。
[0005]技術(shù)方案:
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金，其特征在于:鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量百分比為:A1:4~8wt%，Zn: 5~9wt%，Sn: 0~2wt%，Sr:0-θ.5wt%, Ca: 0~2wt%，雜質(zhì)元素 Si ≤0.02，F(xiàn)e ( 0.003，Ni ( 0.003，Cu ( 0.003，余量為 Mg。
[0006]合金的化學(xué)組成中Sn+Ca ^ 3wt%。
[0007]—種如上所述高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:按上述比例配料，其熔煉及澆注過(guò)程如下:
Cl)將坩堝預(yù)熱至300°C，通入體積分?jǐn)?shù)為(0.6%的SF6+99.4的N2)混合保護(hù)氣體，將事先稱量好并經(jīng)過(guò)預(yù)熱的的純鎂放入坩堝，調(diào)節(jié)溫度至690°C，待其完全熔化后升溫到720 0C ；
(2)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的純Al，純Zn，純Sn；
(3)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的Mg-30%Ca中間合金和Al_90%Sr中間合金；
(4)待合金全部融化后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，使合金充分熔化及均勻化；
(5)采用超聲攪拌100s，細(xì)化晶粒；
(6)保溫20min，斷電澆鑄至經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的不銹鋼模具中，得到高強(qiáng)度鑄造鎂合金； 整個(gè)熔煉過(guò)程要嚴(yán)格控制爐溫且在保護(hù)氣體中進(jìn)行，避免氧化。
[0008]合金在鑄造之后需要固溶+時(shí)效處理。
[0009]合金的固溶溫度為380°C，固溶時(shí)間為8-12小時(shí)。
[0010]合金在固溶之后需要時(shí)效，時(shí)效溫度為180°C，固溶時(shí)間為10-15小時(shí)。
[0011]優(yōu)點(diǎn)及效果:
本發(fā)明是一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金及其制備方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):
鎂合金室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為22(T250MPa、12(Tl40 MPa、6~9%。
[0012]本發(fā)明合金的熱處理在很大程度上影響合金的力學(xué)性能。本發(fā)明的合金經(jīng)過(guò)固溶+時(shí)效處理之后力學(xué)性能得到了進(jìn)一步提高。
[0013]本發(fā)明的熱處理步驟為:將鑄態(tài)合金在380°C固溶8-12小時(shí)，然后在180°C時(shí)效10-15小時(shí)。
[0014]本發(fā)明的合金經(jīng)過(guò)固溶+時(shí)效處理之后的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度≥260MPa，屈服強(qiáng)度≥140MPa，延伸率≥7%。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例的限制。
[0016]本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金，其特征在于:鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量百分比為:A1:4~8wt%, Zn: 5~9wt%, Sn: O~2wt%, Sr:0~0.5wt%, Ca: O~2wt%,雜質(zhì)兀素Si ( 0.02，F(xiàn)e ( 0.003，Ni ( 0.003，Cu ( 0.003，余量為 Mg。
[0017]合金的化學(xué)組成中含有Sn或Ca元素，或者Sn和Ca都有，且Sn+Ca ( 3wt%。
[0018]一種如上所述高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:按上述比例配料，其熔煉及澆注過(guò)程如下:
Cl)將坩堝預(yù)熱至300°C，通入體積分?jǐn)?shù)為(0.6%的SF6+99.4的N2)混合保護(hù)氣體，將事先稱量好并經(jīng)過(guò)預(yù)熱的的純鎂放入坩堝，調(diào)節(jié)溫度至690°C，待其完全熔化后升溫到720 0C ；
(2)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的純Al，純Zn，純Sn；
(3)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的Mg-30%Ca(重量百分比)中間合金和Al_90%Sr (重量百分比)中間合金;
(4)待合金全部融化后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，使合金充分熔化及均勻化；
(5)采用超聲攪拌100s，目的是細(xì)化晶粒；
(6)保溫20min，斷電澆鑄至經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的不銹鋼模具中，得到高強(qiáng)度鑄造鎂合金； 整個(gè)熔煉過(guò)程要嚴(yán)格控制爐溫且在保護(hù)氣體中進(jìn)行，避免氧化。
[0019]合金在鑄造之后需要固溶+時(shí)效處理，經(jīng)過(guò)固溶+時(shí)效處理之后的力學(xué)性能得到了進(jìn)一步提高:抗拉強(qiáng)度≤260MPa，屈服強(qiáng)度≤140MPa，延伸率≤7%。
[0020]合金的固溶溫度為380°C，固溶時(shí)間為8-12小時(shí)。
[0021]合金在固溶之后需要時(shí)效，時(shí)效溫度為180°C，固溶時(shí)間為10-15小時(shí)。
[0022]實(shí)施例1
將坩堝預(yù)熱至300°C，通入體積分?jǐn)?shù)為(0.6%的SF6+99.4的N2)混合保護(hù)氣體，將事先稱量好并經(jīng)過(guò)預(yù)熱的的純鎂放入坩堝，調(diào)節(jié)溫度至690°C，待其完全熔化后升溫到720°C。加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的純Al，純Zn，純Sn。加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的Mg_30%Ca (重量百分比)中間合金和Al-90%Sr (重量百分比)中間合金。待合金全部融化后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，使合金充分熔化及均勻化。采用超聲攪拌100s，目的是細(xì)化晶粒。保溫20min，斷電澆鑄至經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的不銹鋼模具中，得到高強(qiáng)度鑄造鎂合金。
[0023]整個(gè)熔煉過(guò)程要嚴(yán)格控制爐溫且在保護(hù)氣體中進(jìn)行，避免氧化。
[0024]獲得的鑄件成分如下表所示(按質(zhì)量百分比)=_
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金，其特征在于:鎂合金的化學(xué)組成及質(zhì)量百分比為:A1:4~8wt%，Zn: 5~9wt%，Sn: 0~2wt%，Sr:0-θ.5wt%, Ca: 0~2wt%，雜質(zhì)元素 Si ≤ 0.02，F(xiàn)e ( 0.003，Ni ( 0.003，Cu ( 0.003，余量為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金，其特征在于:合金的化學(xué)組成中Sn+Ca ^ 3wt%。
3.—種如權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:按上述比例配料，其熔煉及澆注過(guò)程如下: Cl)將坩堝預(yù)熱至300°C，通入體積分?jǐn)?shù)為(0.6%的SF6+99.4的N2)混合保護(hù)氣體，將事先稱量好并經(jīng)過(guò)預(yù)熱的的純鎂放入坩堝，調(diào)節(jié)溫度至690°C，待其完全熔化后升溫到720 0C ； (2)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的純Al，純Zn，純Sn； (3)加入經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的Mg-30%Ca中間合金和Al_90%Sr中間合金； (4)待合金全部融化后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，使合金充分熔化及均勻化； (5)采用超聲攪拌100s，細(xì)化晶粒； (6)保溫20min，斷電澆鑄至經(jīng)過(guò)200°C預(yù)熱的不銹鋼模具中，得到高強(qiáng)度鑄造鎂合金； 整個(gè)熔煉過(guò)程要嚴(yán)格控制爐溫且在保護(hù)氣體中進(jìn)行，避免氧化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:合金在鑄造之后需要固溶+時(shí)效處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:合金的固溶溫度為380°C，固溶時(shí)間為8-12小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強(qiáng)度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:合金在固溶之后需要時(shí)效，時(shí)效溫度為180°C，固溶時(shí)間為10-15小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C23/02GK103849798SQ201210499139
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】毛萍莉, 劉正, 王峰, 林立 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)