一種Si增強(qiáng)的Mg-Sn鑄造鎂合金的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種Si增強(qiáng)的Mg-Sn鑄造鎂合金材料，本發(fā)明Si增強(qiáng)Mg-Sn合金是由以下重量配比的組分組成(wt%)：5.0%~8.0%Sn、1.0%~2.8%Si、0.1%~1.2%Al、0.004%~0.05%P，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。其中，Al、P是以Al-P中間合金的形式加入，Si以Si-Mg中間合金的形式加入。最佳合金成分為：5.5%Sn、1.25%Si、0.25%Al、0.01%P，其余為鎂。本發(fā)明制得的鎂合金與傳統(tǒng)Mg-Sn-Si鎂合金相比，綜合性能方面得到明顯提高，Mg2Si尺寸由原來(lái)的30~50um細(xì)小到8~20um，合金的布氏硬度可達(dá)57~70HB，抗拉強(qiáng)度可達(dá)170MPa~200MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)4.0%~5.2%，耐磨性有所提高。采用所發(fā)明的制備工藝，合金液熔煉溫度相對(duì)較低，P的損耗少，合金液氧化輕，成分易于控制，制造成本低，提升了合金品質(zhì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種Si增強(qiáng)的Mg-Sn鑄造鎂合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種Si增強(qiáng)的Mg-Sn鑄造鎂合金材料，屬于金屬材料類(lèi)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)鎂資源豐富，國(guó)內(nèi)鎂產(chǎn)量居世界首位。鎂合金具有高比強(qiáng)度和剛度、減震性能 和切削性能好，具有磁屏蔽性能、可回收性，使得鎂合金近年來(lái)在工業(yè)上得到了越來(lái)越廣泛 的應(yīng)用。其中，又以鎂合金在汽車(chē)、3C等零部件中的應(yīng)用為重點(diǎn)，滿(mǎn)足了汽車(chē)、3C工業(yè)輕量 化的要求。由于汽車(chē)、3C等零部件需要具有較高強(qiáng)度、剛度和較高塑性，并且要求耐磨、耐腐 蝕、表面光潔度好，能在較惡劣的環(huán)境條件下使用，所以鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料用于汽車(chē)、3C 等行業(yè)一直是研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。目前，鑄造鎂合金的綜合性能有待進(jìn)一步提高，尤其是強(qiáng)度 和剛度方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)目前Mg-Sn系鎂合金強(qiáng)度和耐磨性偏低的狀況，提供了一種Si增強(qiáng)的 Mg-Sn鎂合金的制備技術(shù)。Si在鎂合金中一般以Mg2Si相形式存在，呈較粗大漢字狀存在。 該相較硬，可以起到強(qiáng)化相得作用，提高材料的強(qiáng)度和耐磨性。但是由于該相較脆，尺寸較 粗大，對(duì)基體產(chǎn)生脆化作用。本發(fā)明在Mg-Sn-Si系鎂合金的基礎(chǔ)之上，通過(guò)適當(dāng)工藝加入 一定量的P，對(duì)含Si相進(jìn)行變質(zhì)細(xì)化處理，使Mg2Si相由原來(lái)的粗大漢字狀相變得細(xì)小和顆 ?；?，且分布均勻，從而改善了合金的力學(xué)等性能。
[0004] 本發(fā)明制得的鎂合金與傳統(tǒng)Mg-Sn-Si鎂合金相比，綜合性能方面得到明顯提高， Mg2Si尺寸由原來(lái)的3(T50um細(xì)小到8?20um，合金的布氏硬度可達(dá)到57?70HB，抗拉強(qiáng)度可 達(dá)到170MPa?200MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)到4. 09Γ5. 2%，耐磨性有所提高。采用所發(fā)明的制備工藝， 合金液熔煉溫度相對(duì)較低，P的損耗少，合金液氧化輕，成分易于控制，制造成本低，提升了 合金品質(zhì)。
[0005] 本發(fā)明的特點(diǎn)在于： 通過(guò)添加一定量的P到Mg-Sn-Si鎂合金中，一部分P以固溶態(tài)存在，另一部分P則以AlP的形式存在。由于P和AlP的存在，使得漢字狀的Mg2Si相生長(zhǎng)方式發(fā)生了改變，促進(jìn) Mg2Si相向顆粒狀轉(zhuǎn)變。以Al-P中間合金的形式將易揮發(fā)的P組元加入到Mg-Sn-Si鎂合 金之中，產(chǎn)生的AlP化合物顆粒可以分散分布在鎂熔液中，形成大量的異質(zhì)核心，Mg2Si初生 相以Al化合物作為形核核心而長(zhǎng)大，因此，Al-P中間合金起到了變質(zhì)細(xì)化Mg2Si相的作用。 采用該工藝添加P可以提高P的吸收，減少P損耗，防止了添加純P造成的環(huán)境污染，保證 了合金成分的要求。通過(guò)P的變質(zhì)細(xì)化作用，在不降低該系鎂合金彈性模量的前提下，有效 細(xì)化了Mg2Si尺寸，提高了合金的強(qiáng)度、硬度等性能，Si組元采用Si-Mg中間合金的形式加 入，解決了添加高熔點(diǎn)Si造成的熔煉溫度高、成分難以控制的問(wèn)題，熔煉時(shí)間大為縮短，節(jié) 約了能源消耗，保證了合金的成分要求。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的： 本發(fā)明Si增強(qiáng)Mg-Sn合金是由以下重量配比的組分組成（wt%):5. 09Γ8. 0%Sn、I. 0%?2. 8%Si、0.1%?1.2%A1、0.004%?0.05%P，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。其中，Al、P是以 Al-P中間合金的形式加入，Si以Si-Mg中間合金的形式加入。最佳的合金成分為：5. 5%Sn、 I. 25%Si、0. 25%Α1、0· 01%P，其余為鎂。
[0007] 本發(fā)明的Si增強(qiáng)Mg-Sn鎂合金的制備方法為： (1)按重量配比為5. 0%?8. 0%Sn、l. 0%?2. 5%Si，其余為鎂為原料，Si元素是以Mg-5%Si中間合金的形式加入到合金中。將鐵坩堝預(yù)熱到12(T250°C放入原料，加熱熔化并升溫至 720°C?770°C，待合金爐料完全熔化，靜置1(Γ30分鐘；（2)待熔體溫度達(dá)到72(T770°C時(shí)， 加入A1、P，P元素是以Al-3. 5 %P中間合金的形式加入到合金中。攪拌均勻后，待中間合金 完全熔化且將合金液調(diào)至710°C~760°C，靜置ΚΓ30分鐘后，澆注在預(yù)熱的鐵模具中凝固成 形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6 =CO2體積比為1:200的混合氣體進(jìn)行合金 液的防氧化保護(hù)。
[0008] 四、【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比（wt%)為：5. 0%Sn、1.0%Si、0. 1%A1、0. 004%P，其余 為鎂和不可避免雜質(zhì)。采取以下步驟制得： (1)按以上重量進(jìn)行合金成分配比，將鐵坩堝預(yù)熱到220°C后放入Sn錠、Mg-5. 3%Si合 金錠、鎂錠等原料，加熱熔化并升溫至750°C，待合金完全熔化，靜置20分鐘；（2)待熔體溫 度達(dá)到740°C時(shí)，加入Al-3. 5%P合金錠，攪拌均勻后，待中間合金完全熔化，合金液在735°C 靜置15分鐘后澆注鐵模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6=CO2體 積比為1:200的氣體保護(hù)，所得合金性能見(jiàn)表1。
[0009]實(shí)施例2 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比（wt%)為：5.0%Sn、1.0%Si、1.0%Al、0. 04%P，其余為 鎂和不可避免雜質(zhì)。采取以下步驟制得： (1)按以上重量進(jìn)行合金成分配比，將鐵坩堝預(yù)熱到220°C后放入Sn錠、Mg-5. 3%Si合 金錠、鎂錠等原料，加熱熔化并升溫至750°C，待合金完全熔化，靜置30分鐘；（2)待熔體溫 度達(dá)到740°C時(shí)，加入Al-3. 5%P合金錠，攪拌均勻后，待中間合金完全熔化，合金液在735°C 靜置20分鐘后澆注鐵模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6=CO2體 積比為1:200的氣體保護(hù)，所得合金性能見(jiàn)表1。
[0010] 實(shí)施例3 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比（wt%)為：5. 5%Sn、1.25%Si、0. 25%A1、0. 01%P，其余 為鎂和不可避免雜質(zhì)。采取以下步驟制得： (1)按以上重量進(jìn)行合金成分配比，將鐵坩堝預(yù)熱到220°C后放入Sn錠、Mg-5. 3%Si合 金錠、鎂錠等原料，加熱熔化并升溫至755°C，待合金完全熔化，靜置15分鐘；（2)待熔體溫 度達(dá)到745°C時(shí)，加入Al-3. 5%P合金錠，攪拌均勻后，待中間合金完全熔化，合金液在740°C 靜置20分鐘后澆注鐵模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6=CO2體 積比為1:200的氣體保護(hù)，所得合金性能見(jiàn)表1。
[0011] 實(shí)施例4 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比（wt%)為：8. 0%Sn、2. 5%Si、0. 1%A1、0. 004%P，其余 為鎂和不可避免雜質(zhì)。采取以下步驟制得： (1)按以上重量進(jìn)行合金成分配比，將鐵坩堝預(yù)熱到220°c后放入Sn錠、Mg-5. 3%Si合 金錠、鎂錠等原料，加熱熔化并升溫至750°C，待合金完全熔化，靜置15分鐘；（2)待熔體溫 度達(dá)到745°C時(shí)，加入Al-3. 5%P合金錠，攪拌均勻后，待中間合金完全熔化，合金液在740°C 靜置20分鐘后澆注鐵模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6 =CO2體 積比為1:200的氣體保護(hù)，所得合金性能見(jiàn)表1。
[0012] 實(shí)施例5 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比（wt%)為：8. 0%Sn、2. 5%Si、1.0%Al、0. 04%P，其余為 鎂和不可避免雜質(zhì)。采取以下步驟制得： (1)按以上重量進(jìn)行合金成分配比，將鐵坩堝預(yù)熱到220°C后放入Sn錠、Mg-5. 3%Si合 金錠、鎂錠等原料，加熱熔化并升溫至760°C，待合金完全熔化，靜置20分鐘；（2)待熔體溫 度達(dá)到750°C時(shí)，加入Al-3. 5%P合金錠，攪拌均勻后，待中間合金完全熔化，合金液在745°C 靜置20分鐘后澆注鐵模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si鎂合金。熔煉過(guò)程中通入SF6 =CO2體 積比為1:200的氣體保護(hù)，所得合金性能見(jiàn)表1。
[0013] 選取與實(shí)施例合金組元相近不加Al-P中間合金的鎂合金作為對(duì)比例，其合金成 分為（wt%):5. 0%Sn、l. 25%Si，其余為鎂。對(duì)比例和實(shí)施例的力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果如表1所示。 結(jié)果表明，和對(duì)比例相比，本發(fā)明的Mg-Sn鎂合金的晶粒細(xì)化效果很明顯，綜合力學(xué)性能提 升：Mg2Si顆粒晶粒尺寸由35um最低降至8um，降低了 77. 1% ;合金的硬度由56HB最高升至 68HB，提商了 21.4%;抗拉強(qiáng)度最商提商451\0^，提商了29%;伸長(zhǎng)率％由4.2%最商升商至 4. 8%，其中，采用實(shí)施例3的成分和工藝所獲得材料的力學(xué)性能最好。
[0014] 表1本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例的室溫力學(xué)性能

【權(quán)利要求】
1. 本發(fā)明涉及一種Si增強(qiáng)的Mg-Sn鑄造鎂合金，本發(fā)明Si增強(qiáng)的Mg-Sn-Si鑄造 鎂合金是由以下重量配比的組分組成（wt%) :5. 0%?8. 0%Sn、l. 0%?2. 5%Si、0. Ρ/Γ?. 2%A1、 0 . 0049Γ0. 05%P，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的Mg-Sn-Si鑄造鎂合金中，最佳的合金成分為：5. 5%Sn、 1. 25%Si、0. 25%Α1、0· 01%P，其余為鎂。
3. 如權(quán)利要求1所述的Mg-Sn-Si鑄造鎂合金中，Si以Si和Mg中間合金的形式加入。
4. 如權(quán)利要求1所述的Mg-Sn-Si鑄造鎂合金中，P以A1和P中間合金的形式加入。
5. 如權(quán)利要求1所述的Mg-Sn-Si鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟和條件如 下： (1)以按重量配比為5. 0%?8. 0%Sn、1. 0%?2. 5%Si，其余為鎂為原料，Si元素是以 Mg-5%Si中間合金的形式加入到合金中，將鐵坩堝預(yù)熱到12(T250°C下放入原料，加熱并升 溫至720°C ~770°C熔化，待合金完全熔化，靜置1(Γ30分鐘，熔煉過(guò)程中通入SF6: C02體積比 為1:200的氣體保護(hù)；（2)待熔體溫度達(dá)到72(T770°C時(shí)，加入Al-3. 5%P中間合金，攪拌均 勻后，待中間合金完全熔化并且將合金液調(diào)至7KT76(TC，靜置ΚΓ30分鐘后澆注鐵模具中 凝固成形，制得Mg-Sn-Si鑄造鎂合金，熔煉過(guò)程中通入SF 6: C02體積比為1:200的混合氣體 進(jìn)行合金液的防氧化保護(hù)。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104278179SQ201310677100
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】耿浩然, 吳明, 王慶磊, 劉鵬, 冷金鳳, 賈鵬 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)