一種提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種提高M(jìn)g-AI系鎂合金壓鑄件中溫力 學(xué)性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是目前最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料，具有阻尼減振性能好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性優(yōu)良、 鑄造及機(jī)加工藝性好等特點(diǎn)，在地面交通工具、航空航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。壓鑄 是當(dāng)前鎂合金最主要的成型方法，大約90%以上的鎂合金件為壓鑄件。工程界使用最多的 Mg-AI系(包括AZ和AM系列)鑄造鎂合金在壓鑄態(tài)時(shí)力學(xué)性能相對(duì)偏低，尤其在高于100〇C 的中高溫環(huán)境下力學(xué)性能迅速衰減、難以勝任。
[0003] 為了提高M(jìn)g-AI系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能，學(xué)術(shù)界開(kāi)展了大量的研究工作。 目前，研究較為集中的是向Mg-AI系合金中加入Si、Ca、RE、Sr等合金元素進(jìn)行強(qiáng)化：由文 南犬 1 和 2 (l、An investigation on the tribological behavior of AZ91 and AZ91 + 3 wt.% RE magnesium alloys at elevated temperatures[J]. Materials & Design, 2014, (54): 544-552 ;2、Effects of rare earth element additions on the impression creep behavior of AZ91 magnesium alloy[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2009，40A:2190-2201.)公開(kāi)了添加元素與A1形成高熔點(diǎn)化合物，并同時(shí)達(dá)到減少 低恪點(diǎn)Mg17Al12相的目的效果（RE、Ca、Sr等）；由文獻(xiàn)3和4 (3、State diagram of the Mg-Y-Gd system in the range rich in magnesium[J]. Russian Metallurgy, 1983, 5: 178-181. ;4、耐熱鑄造鎂合金的研究應(yīng)用進(jìn)展[J].輕金屬，2005，8: 49-54)公開(kāi) 了添加元素與Mg形成高恪點(diǎn)化合物（RE、Si等）；由文獻(xiàn)5 (5、Effect of Ca and rare earth elements on impression creep properties of AZ91 magnesium alloy[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2010，41A: 1973-1982.)公開(kāi)過(guò)合金中 形成Mg-Ca或者Al_Ca強(qiáng)化相。
[0004] 但上述文件公開(kāi)的方法中也存在一些不足之處，如：加 Si易形成粗大漢字狀第二 相、加 Ca易形成脆化相、RE價(jià)格相對(duì)較貴、加 Sr會(huì)影響合金液充型性能等。
[0005] 此外，實(shí)踐證明，T6處理（固溶+時(shí)效處理）也可以提高鑄件中溫性能。文獻(xiàn)6和 7(6、Dependence of internal friction of fibre-reinforeed and unreinforced AZ91 on heat treatment[J]. Materials Science and Engineering A, 2002, 324(1-2) :127 ; 7、 The influence of heat treatment on damping response of AZ91D magnesium alloy[J]· Materials Science and Engineering A, 2005, 392(1-2) :150-155.)報(bào)道了 通過(guò)T6處理（固溶+時(shí)效處理)獲得析出強(qiáng)化來(lái)提高重力鑄造鎂合金的中溫性能，是改善鎂 合金中溫性能的另一個(gè)思路。但是，對(duì)于普通的鎂合金壓鑄件而言，由于壓鑄過(guò)程中存在卷 氣行為，內(nèi)部含氣量高，不適合在高達(dá)400〇C左右的溫度下進(jìn)行固溶處理，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致壓 鑄件內(nèi)部近表面的氣體受熱膨脹，使壓鑄件表面出現(xiàn)"鼓泡"缺陷。因此，常規(guī)的T6處理不 能應(yīng)用于普通壓鑄鎂合金件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何提供一種操作簡(jiǎn) 單，能夠提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件組織晶粒細(xì)化效果，能夠減少不連續(xù)第二相Mg17Al12，增 加連續(xù)第二相Mg17Al12，能夠形成Mg2Sn高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，提高抗拉強(qiáng)度的提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓 鑄件中溫條件下的力學(xué)性能的方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案： 一種提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，包括對(duì)鎂合金熔煉后壓鑄成型 的步驟，以及壓鑄成型后對(duì)壓鑄件進(jìn)行時(shí)效處理的步驟，其特征在于，壓鑄成型后直接對(duì)壓 鑄件進(jìn)行時(shí)效處理；在鎂合金熔煉過(guò)程中加入了 Pb和Sn元素。
[0008] 其中，加入的Pb元素含量為0· 5-1. 5 wt. %、Sn含量為0· 4-0. 6 wt. %。
[0009] 其中，時(shí)效處理的工藝參數(shù)為：將壓鑄件加熱至200°C-220°C保溫8-15小時(shí)。
[0010] 這樣，方案中添加合理比例的Pb與Sn元素后，均對(duì)Mg-Al系鎂合金壓鑄件組織有 晶粒細(xì)化作用、Pb元素可減少時(shí)效后不連續(xù)第二相Mg17Al12 (有害）的析出和增加連續(xù)第二 相Mg17Al12 (有利）的析出、Sn元素可在時(shí)效過(guò)程中與Mg形成Mg2Sn高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)而析出，進(jìn) 而提高其強(qiáng)度。同時(shí)采用直接時(shí)效熱處理而不同于先固溶再時(shí)效熱處理，可避免鎂合金壓 鑄件表面因固溶過(guò)程溫度過(guò)高而產(chǎn)生鼓泡的問(wèn)題。其中，各參數(shù)的選取能夠確保上述效果 的達(dá)成。
[0011] 作為優(yōu)化，具體的熔煉和壓鑄步驟為，將Mg-Al系鎂合金在惰性氣體保護(hù)下熔化， 然后在720°C分別加入特定成分的Pb元素和Sn元素，充分?jǐn)嚢璨⒈匕雮€(gè)小時(shí)后，在700°C 澆注并壓鑄成型。這樣，可以保證Pb元素和Sn元素的加入和混合效果，不會(huì)產(chǎn)生其他反應(yīng)， 更加利于上述有利反應(yīng)的生成。
[0012] 本技術(shù)方案有以下有益效果： 1) Pb對(duì)壓鑄態(tài)Mg-Al系鎂合金的微觀組織有一定的晶粒細(xì)化作用，且隨著Pb加入量 的增加，晶粒細(xì)化作用有一定的增加趨勢(shì)，晶粒細(xì)化可提高合金的中溫力學(xué)性能。
[0013] 2)時(shí)效后，Pb在壓鑄態(tài)Mg-Al系鎂合金中主要以固溶形式存在，存在于鎂合金的 σ-Mg基體和f _1%1/112第二相中，有增加鎂合金基體和第二相穩(wěn)定性的作用。〇 -Mg晶內(nèi) 和晶界上均有Mg17Al12相析出，且Pb的存在，有促進(jìn)晶內(nèi)Mg 17A112析出、抑制晶界Mg 4112析 出的作用，而晶內(nèi)析出有利于鎂合金中溫力學(xué)性能的提高，晶界析出不利于中溫力學(xué)性能 的提尚。
[0014] 3)本發(fā)明考慮到壓鑄過(guò)程中合金凝固速度快，其σ-Mg中所固溶的某些合金元 素處于過(guò)飽和狀態(tài)，為進(jìn)行時(shí)效處理獲得析出強(qiáng)化提供了條件。對(duì)每一成分合金試樣進(jìn)行 在200-220°C保溫8-15小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)效處理，析出的高熔點(diǎn)Mg2Sn相和晶內(nèi)連續(xù)析出的 Mg17AUS均有助于提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能，且鎂合金件表面不鼓泡。
[0015] 故本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，能夠提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件組織晶粒細(xì)化效果，能 夠減少不連續(xù)第二相Mg17Al12，增加連續(xù)第二相Mg17Al 12，能夠形成Mg2Sn高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，提高抗 拉強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)比的方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 以下實(shí)施案例中各成分合金的熔煉條件、壓鑄方法及熱處理方法均一致，即將 Mg-Al系鎂合金在惰性氣體保護(hù)下熔化，然后在720°C分別加入特定成分的Pb元素和Sn元 素，充分?jǐn)嚢璨⒈匕雮€(gè)小時(shí)后，在700°C澆注并壓鑄成型，對(duì)試樣進(jìn)行200°C-220°C保溫 8-15小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)效熱處理。
[0018] 參照例1 :將AZ81鎂合金(含A1量約為8%)在氣體保護(hù)下熔化，在700°C澆注并壓 鑄成型，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，作為參照例1。
[0019] 參照例2 :將AM60鎂合金(含A1量約為6%)在氣體保護(hù)下熔化，在700°C澆注并壓 鑄成型，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，作為參照例2。
[0020] 實(shí)施例1 :向AZ81鎂合金熔液中加入0. 5wt. %Pb和0. 6wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行200°C下保溫15小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0021] 實(shí)施例2 :向AZ81鎂合金熔液中加入1. Owt. %Pb和0. 5wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行210°C下保溫12小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0022] 實(shí)施例3 :向AZ81鎂合金熔液中加入1. 5wt. %Pb和0. 4wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行220°C下保溫8小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0023] 實(shí)施例4 :向AM60鎂合金熔液中加入0. 5wt. %Pb和0. 6wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行220°C下保溫8小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0024] 實(shí)施例5 :向AM60鎂合金熔液中加入1. Owt. %Pb和0. 5wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行210°C下保溫13小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0025] 實(shí)施例6 :向AM60鎂合金熔液中加入1. 5wt. %Pb和0. 4wt. %Sn，壓鑄成型，對(duì)試樣 進(jìn)行200°C下保溫15小時(shí)的時(shí)效熱處理，測(cè)試其180°C溫度下的力學(xué)性能，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn) 表1。
[0026] 表1部分Mg-Al系鎂合金壓鑄件180°C力學(xué)性能
由表1可知，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案處理后，材料在180°c的抗拉強(qiáng)度均有提高，且熱 處理后材料表面未出現(xiàn)"鼓泡"現(xiàn)象，表明本發(fā)明的技術(shù)方案是有效的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，包括對(duì)鎂合金熔煉后壓鑄成 型的步驟，以及壓鑄成型后對(duì)壓鑄件進(jìn)行時(shí)效處理的步驟，其特征在于，壓鑄成型后直接對(duì) 壓鑄件進(jìn)行時(shí)效處理；在鎂合金熔煉過(guò)程中加入了Pb和Sn元素。2.如權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，其特征在于， 加入的Pb元素含量為0· 5-1. 5 wt.%、Sn含量為0· 4-0. 6 wt.%。3.如權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，其特征在于， 時(shí)效處理的工藝參數(shù)為：將壓鑄件加熱至200°C-220°C保溫8-15小時(shí)。4.如權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，其特征在于， 具體的熔煉和壓鑄步驟為，將Mg-Al系鎂合金在惰性氣體保護(hù)下熔化，然后在720°C分別加 入特定成分的Pb元素和Sn元素，充分?jǐn)嚢璨⒈匕雮€(gè)小時(shí)后，在700°C澆注并壓鑄成型。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高M(jìn)g-Al系鎂合金壓鑄件中溫力學(xué)性能的方法，包括對(duì)鎂合金熔煉后壓鑄成型的步驟，以及壓鑄成型后對(duì)壓鑄件進(jìn)行時(shí)效處理的步驟，其特征在于，壓鑄成型后直接對(duì)壓鑄件進(jìn)行時(shí)效處理；在鎂合金熔煉過(guò)程中加入了Pb和Sn元素。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與原理在于Pb與Sn元素均對(duì)Mg-Al系鎂合金壓鑄件組織有晶粒細(xì)化作用、Pb元素可減少時(shí)效后不連續(xù)第二相Mg17Al12（有害）的析出和增加連續(xù)第二相Mg17Al12（有利）的析出、Sn元素可在時(shí)效過(guò)程中與Mg形成Mg2Sn高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)而析出；本發(fā)明采用直接時(shí)效熱處理而不同于先固溶再時(shí)效熱處理，可避免鎂合金壓鑄件表面因固溶過(guò)程溫度過(guò)高而產(chǎn)生鼓泡的問(wèn)題。
【IPC分類】C22C23/02, C22F1/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105420649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510998093
【發(fā)明人】游國(guó)強(qiáng), 馬小黎, 明玥
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日