專利名稱：壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種阻燃鎂合金及其熔煉工藝，尤其是一種壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝，屬于金屬材料類及冶金類領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)中的鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它具有比重輕，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性能、切削加工性能、鑄造性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于鎂極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，生產(chǎn)中必須采用阻燃熔劑或在保護(hù)氣氛下熔煉鎂合金。鎂合金阻燃熔劑主要由鹵鹽組成，在熔煉過程中將產(chǎn)生有毒腐蝕氣體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還不可避免地使合金產(chǎn)生熔劑夾雜，降低合金的性能；在保護(hù)氣氛下熔煉鎂合金時(shí)，則存在設(shè)備復(fù)雜、投資巨大，同樣會(huì)產(chǎn)生有害氣體。另一方面，鎂合金的其它加工過程也常常需要在有嚴(yán)格的防燃保護(hù)措施的條件下才能進(jìn)行，例如，鎂合金壓鑄過程中必須有嚴(yán)格的防燃保護(hù)措施，鎂合金的熱處理需要在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行。英國(guó)專利776649認(rèn)為Be和Ca能夠改善鎂合金的抗氧化性，并且，如果表面有氧化膜，這種鎂合金熔煉時(shí)就不會(huì)燃燒。但是，通常認(rèn)為Be的加入量不宜過多，否則將引起晶粒粗化、惡化合金的機(jī)械性能，并增大熱裂傾向。而加Ca的鎂合金液受到攪動(dòng)和沖擊后容易發(fā)生燃燒，并且，機(jī)械性能也會(huì)降低。經(jīng)多次文獻(xiàn)檢索，至今尚沒發(fā)現(xiàn)有一種在無防燃保護(hù)措施條件下熔煉，也即在大氣中直接熔煉，并保留鎂合金良好鑄造性能、機(jī)械性能以及切削加工性能的壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種在無防燃保護(hù)措施下熔煉，也即在大氣中直接熔煉的新穎壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案主要如下在無防燃保護(hù)措施下熔煉時(shí)，也即在大氣中直接熔煉時(shí)，通過加入一定的阻燃及其它元素和運(yùn)用相應(yīng)的工藝方法，使鎂合金表面生成致密的保護(hù)性氧化膜，從而阻止鎂合金氧化燃燒的合金化途徑，同時(shí)，由于本發(fā)明充分利用了Be、RE、Sr對(duì)鎂合金阻燃性的有益作用，RE、Sr對(duì)提高抗裂性的有益作用，以及Be與Al、RE、Sr、Zn、Mn元素的合理搭配，從而保證了本發(fā)明的阻燃性和良好的流動(dòng)性、抗熱裂性和機(jī)械性能。從而獲得能在大氣中直接熔煉、適合于各種壓鑄方法壓鑄成形、熱處理、高速切削加工性能良好的壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝。本發(fā)明包括兩大部分內(nèi)容本發(fā)明的成分配方為(重量百分比)8.0-10.0％Al、1.0-3.0％RE、0.2-1.0％Zn、0.001-0.5％Be、0.05-1.0％Sr、0.05-0.5％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
本發(fā)明的熔煉和壓鑄工藝為在大氣中直接熔煉的條件下，在熔煉爐中加入干燥的工業(yè)純鎂，同時(shí)，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部化清后，加入阻燃合金元素和強(qiáng)化合金元素Be、RE、Zn、Sr、Mn，其中，Be、RE、Zn、Sr、Mn元素分別以Al-Be中間合金、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Sr、Al-Mn中間合金的形式加入，或者將Al、Be、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Sr、工業(yè)純Mn配成中間合金一起加入。待合金元素全部熔化后，攪拌合金液使成分均勻，然后澆注成分分析試樣分析合金成分，合格后，當(dāng)合金液溫度升至710-740℃時(shí)，加入精煉劑精煉鎂合金液5-15分鐘，最后，溫度控制在710-740℃，靜置10-20分鐘后，撇去浮渣，合金液就可以暴露于空氣中完成以后的澆注操作和其它加工處理。壓鑄時(shí)，當(dāng)合金液溫度在680-720℃用澆包盛合金液，直接象鋁合金一樣冷室壓鑄和擠壓鑄造；將合金液溫度控制在670-710℃進(jìn)行熱室壓鑄；也可以合金液在680-740℃澆注鑄錠后，將鑄錠加熱到560-580℃進(jìn)行半固態(tài)鑄造；也可以將合金制成碎屑后進(jìn)行注射成形。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，在沒有防燃保護(hù)措施的條件下熔煉，也即在大氣中直接熔煉的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)不需要防燃保護(hù)措施直接用于壓鑄工藝；不需要保護(hù)措施就可以在空氣中熱處理、高速切削加工，本發(fā)明的燃點(diǎn)大于800℃，室溫抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性分別大于170MPa、3％、13J，100℃的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別140MPa、4％，150℃的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別大于130MPa、4％，而相同條件下鑄造的AZ91鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性分別大于160MPa、2％、13J，100℃的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別大于130MPa、3％、150℃的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別大于120MPa、4％。
以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1合金的成分(重量百分比)為8.0％Al、3.0％RE、0.2％Zn、0.001％Be、0.05％Sr、0.05％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在工業(yè)用鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時(shí)，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，加入Al-Be中間合金、工業(yè)純Zn、Al-Mn中間合金、金屬Sr。當(dāng)合金元素全部熔化、金屬液溫度升至710℃時(shí)，加入鎂合金精煉劑精煉，最后溫度控制在740℃，靜置10分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，即熔制好所需的鎂合金液。當(dāng)合金液溫度為710℃時(shí)進(jìn)行熱室壓鑄。本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度大于180MPa，伸長(zhǎng)率大于5％。
實(shí)施例2合金的成分(重量百分比)為10.0％Al、1.0％RE、1.0％Zn、0.3％Be、1.0％Sr、0.5％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在工業(yè)用鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時(shí)，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，加入阻燃合金元素和強(qiáng)化合金元素Al、Be、RE、Zn、Sr、Mn。當(dāng)合金元素全部熔化、金屬液溫度升至740℃時(shí)，加入鎂合金精煉劑精煉，最后溫度控制在725℃，靜置20分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，即制得所需的合金液。當(dāng)合金液溫度達(dá)680℃，澆注鑄錠后，將鑄錠加熱到570℃進(jìn)行半固態(tài)鑄造，本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度大于170MPa，伸長(zhǎng)率大于4％。
實(shí)施例3合金的成分(重量百分比)為9.0％Al、2.0％RE、0.6％Zn、0.24Be、0.5％Sr、0.2525％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
按上述成分配制合金，在工業(yè)用鎂合金熔煉爐中，加入工業(yè)純鎂，同時(shí)，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用覆蓋劑，待鎂全部熔化后，將Al、Be、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Sr、工業(yè)純Mn配成中間合金一起加入。當(dāng)合金元素全部熔化、金屬液溫度升至710℃時(shí)，加入鎂合金精煉劑精煉，最后溫度控制在710℃，靜置15分鐘后，撇去金屬液表面浮渣，即制得所需得金屬液。當(dāng)合金液溫度在680℃時(shí)用澆包盛合金液直接冷室壓鑄。本發(fā)明的室溫機(jī)械性能大于175MPa，伸長(zhǎng)率大于4％。
權(quán)利要求
1.一種壓鑄阻燃鎂合金，組分包括AL、Zn、Mn、Be、RE、Mg，其特征在于還包括組分Sr，成分配方為(重量百分比)8.0-10.0％Al、1.0-3.0％RE、0.2-1.0％Zn、0.001-0.5％Be、0.05-0.5％Sr、0.05-0.5％Mn，限制雜質(zhì)元素Si≤0.05％、Fe≤0.005％、Cu≤0.015％、Ni≤0.002％，其余為Mg。
2.一種壓鑄阻燃鎂合金熔煉和壓鑄工藝，其特征在于在大氣中直接熔煉的條件下，在熔煉爐中加入干燥的工業(yè)純鎂，同時(shí)，在爐內(nèi)撒入少量鎂合金熔煉用的覆蓋劑，待鎂全部化清后，加入阻燃合金元素和強(qiáng)化合金元素Be、RE、Zn、Sr、Mn，當(dāng)合金元素全部熔化、溫度升至710-740℃時(shí)，加入精煉劑，精煉合金液5-15分鐘，最后溫度控制在710-740℃，靜置10-20分鐘后，撇去浮渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的這種壓鑄阻燃鎂合金熔煉和壓鑄工藝，其特征還在于Be、RE、Zn、Sr、Mn元素分別以Al-Be中間合金、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Sr、Al-Mn中間合金的形式加入；或者將Al、Be、富鈰混合稀土、工業(yè)純Zn、工業(yè)純Sr，工業(yè)純Mn配成中間合金一起加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的這種壓鑄阻燃鎂合金熔煉和壓鑄工藝，其特征還在于壓鑄時(shí)，當(dāng)合金液溫度在680-720℃時(shí)，用澆包盛合金液，直接冷室壓鑄和擠壓鑄造，也可以將合金液溫度控制在670-710℃進(jìn)行熱室壓鑄；也可以合金液在680-740℃澆注鑄錠后，將鑄錠加熱到560-580℃進(jìn)行半固態(tài)鑄造，也可將合金制成碎屑后進(jìn)行注射成形。
全文摘要
本發(fā)明成分配方為:8.0—10.0%Al、1.0—3.0%RE、0.2—1.0%Zn、0.001—0.5%Be、0.05—1.0%Sr、0.05—0.5%Mn,限制雜質(zhì)元素Si≤0.05%、Fe≤0.005%、Cu≤0.015%、Ni≤0.002%,其余為Mg。在大氣中直接熔煉的條件下,在爐中加入工業(yè)純鎂、覆蓋劑,待化清后加入Al、Be、RE、Zn、Sr、Mn,熔化后,當(dāng)溫度為710—740℃時(shí),加精煉劑精煉5—15分鐘,在710—740℃,靜置10—20分鐘,撇去浮渣,進(jìn)行壓鑄。
文檔編號(hào)B22D21/00GK1241643SQ9911386
公開日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月9日
發(fā)明者王渠東, 丁文江 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)