專利名稱：一種耐熱鑄造鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎂合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐熱性能、鑄造性能良好并且有良好蠕變性能的鎂合金。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)上熔煉制得的鎂合金只能滿足單方面的要求，很難做到耐熱性能、鑄造性能、高溫蠕變性能兼顧。如AZ91D、AM60B和AM50A合金具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和鑄造性能，但其高溫抗蠕變性能較差，不能在溫度高于125℃的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)上使用；AE42和AS21，因添加了RE和Si元素，高溫抗蠕變性能顯著提高，但合金液的流動(dòng)性能不是太理想，因而壓鑄性能相對(duì)較差，這影響到最終鑄件的良品率。以ZL01135566.2公開的一種鎂合金為例(組成成分及其重量百分比含量為Al2～6％、Mn0.1～1.0％、Ca0.3～2.0％、Sr0.2～1.0％、RE0.1～3.0％、其余為鎂和不可避免的雜質(zhì))，雖然能夠滿足一定的鑄造技術(shù)要求，但其高溫蠕變性能還是很難滿足具有較高技術(shù)要的鑄造生產(chǎn)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的就是現(xiàn)有的鎂合金的高溫蠕變性能差的問題，提供一種壓鑄性能良好并且有良好蠕變性能的鎂合金。
本發(fā)明各組分的重量百分比為Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3.0～4.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為Mg。
本發(fā)明采用的制備方法包括如下步驟1、將工業(yè)鎂錠、鋁錠投入已準(zhǔn)備好的干凈的坩堝中加底熔劑熔化，底熔劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5～2.5％，同時(shí)撒入覆蓋劑，覆蓋劑的用量約占爐料質(zhì)量的0.003～0.005％，整個(gè)熔化過程時(shí)間控制在2～6h，且鎂液最終溫度控制在670～690℃；2、熔化結(jié)束后向鎂液中吹氬氣，并采用機(jī)械攪拌，同時(shí)加精煉劑與氯化錳進(jìn)行精煉，精煉劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5～2.5％，時(shí)間控制在30min，溫度控制在680～750℃；3、精煉結(jié)束后鎂合金液控制溫度至700～729℃時(shí)加入稀土元素鈰，時(shí)間控制在25min，溫度控制在700～720℃；4、靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時(shí)間控制在45min，溫度在降至680～710℃時(shí)進(jìn)行密閉轉(zhuǎn)移合金液到保溫爐；然后在保溫爐中加入鋁鈣中間合金和鋁鍶中間合金進(jìn)行合金化處理，熔化過程溫度始終控制在660～680℃，時(shí)間控制在15min；5、最后在660～680℃溫度條件下，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行澆注，保護(hù)氣氛通常為SF6、CO2、N2、SO2、干燥空氣混合氣體或混合氣體保護(hù)氣氛，時(shí)間一般控制在40～60分鐘。
上述制備過程中所采用的底熔劑、覆蓋劑、精煉劑與現(xiàn)有普通鎂合金制備工藝中所使用的底熔劑、覆蓋劑、精煉劑相同，無特殊要求。
本發(fā)明通過添加金屬元素鈣，一方面可以減輕鎂合金熔液的氧化，另一方面細(xì)化晶粒，提高合金蠕變抗力。還可以降低鎂合金的微電池效應(yīng)，提高其耐腐蝕能力。
本發(fā)明通過添加金屬元素鍶，可以細(xì)化AlCa相，一定程度上提高其力學(xué)性能和高溫蠕變性能。
本發(fā)明中同時(shí)添加金屬元素鈣和鍶的目的主要是利用堿土金屬的交互性來消除單金屬加入時(shí)可能出現(xiàn)的不足或缺陷。
本發(fā)明中添加稀土元素鈰，是通過析出相強(qiáng)化和晶界相相互作用使其抗蠕變性能顯著提高。同時(shí)三價(jià)稀土元素提高了電子濃度，可以增強(qiáng)鎂合金原子間的結(jié)合里，減小了鎂在200～300℃的原子擴(kuò)散速度。同時(shí)熔點(diǎn)相對(duì)較低的稀土鈰，保證了該合金具有良好的流動(dòng)性能。
本發(fā)明鑄態(tài)下的平均抗拉強(qiáng)度235MPa，屈服強(qiáng)度160MPa，斷后延伸率6％，能夠進(jìn)一步滿足對(duì)鎂合金材料的耐熱性能、鑄造性能、蠕變性能等有更高技術(shù)要求的生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1將鎂錠1080kg、鋁錠49.5kg投入已準(zhǔn)備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑20kg熔化，過程中撒入RJ-3覆蓋劑4kg以防止燃燒，整個(gè)熔化過程時(shí)間控制在4h，且鎂液最終溫度控制在670℃；熔化結(jié)束后向鎂液中吹氬氣，并采用機(jī)械攪拌，同時(shí)加RJ-4精煉劑20kg與氯化錳8.2kg進(jìn)行精煉，時(shí)間控制在30min，溫度控制在680℃；之后鎂液控溫至700℃時(shí)加入稀土元素鈰48kg，時(shí)間控制在25min，溫度控制在700℃；其后靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時(shí)間控制在45min，將合金液轉(zhuǎn)移到保溫爐中，溫度在680℃結(jié)束；然后加入鋁鈣中間合金17.6kg和鋁鍶中間合金1.3kg進(jìn)行合金化處理，熔化過程溫度始終控制在660℃，時(shí)間控制在15min；最后在660℃溫度條件下，并在SO2氣氛保護(hù)下進(jìn)行澆注，時(shí)間一般控制在45分鐘。這樣制得的鎂合金的化學(xué)組分的重量百分比為Al4.5％、Mn0.30％、Ca1.1％、Sr0.10％、Ce4.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為Mg。本實(shí)施例壓鑄試棒的平均抗拉強(qiáng)度230MPa，屈服強(qiáng)度155MPa，斷后延伸率6.5％。
本發(fā)明中加入的鋁鈣中間合金的有效含鈣量一般控制在72.0～78.0％，鋁鍶中間合金的有效含鍶量一般控制在87.5～91.5％。以下實(shí)施例均如此。
由于在鎂液進(jìn)行靜置提渣及之后的沉降除雜質(zhì)的過程中，可能有部分原料被清除，加上高溫氧化的原因，制成的成品率在95～96％之間。因此在取樣分析時(shí)有可能出現(xiàn)某種成分不符合合金預(yù)定的配制要求，這時(shí)應(yīng)根據(jù)預(yù)定的配方，相應(yīng)加入某些原料再次熔煉，直到取樣分析合格為止。對(duì)于以下的實(shí)施例均有上述的要求。
實(shí)施例2將鎂錠1080kg、鋁錠55.8kg投入已準(zhǔn)備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑25kg熔化，過程中撒入RJ-4覆蓋劑5kg以防止燃燒，整個(gè)熔化過程時(shí)間控制在5h，且鎂液最終溫度控制在680℃；熔化結(jié)束后向鎂液中吹氬氣，并采用機(jī)械攪拌，同時(shí)加RJ-5精煉劑25kg與氯化錳9.6kg進(jìn)行精煉，時(shí)間控制在30min，溫度控制在715℃；之后鎂液控溫至710℃時(shí)加入稀土元素鈰42kg，時(shí)間控制在25min，溫度控制在710℃；其后靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時(shí)間控制在45min，將合金液轉(zhuǎn)移到保溫爐中，溫度在695℃結(jié)束；然后加入鋁鈣中間合金16.0kg和鋁鍶中間合金2.0kg進(jìn)行合金化處理，熔化過程溫度始終控制在670℃，時(shí)間控制在15min；最后在670℃溫度條件下，并在CO2氣氛保護(hù)下進(jìn)行澆注，時(shí)間一般控制在50分鐘。這樣制得的鎂合金的化學(xué)組分的重量百分比為Al5.0％、Mn0.35％、Ca1.0％、Sr0.15％、Ce3.5％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為Mg。本實(shí)施例鑄態(tài)下的平均抗拉強(qiáng)度235MPa，屈服強(qiáng)度160MPa，斷后延伸率7％。
實(shí)施例3將鎂錠1080kg、鋁錠62.1kg投入已準(zhǔn)備好的干凈的坩堝中，加RJ-2底熔劑30kg熔化，過程中撒入RJ-4覆蓋劑6kg以防止燃燒，整個(gè)熔化過程時(shí)間控制在6h，且鎂液最終溫度控制在690℃；熔化結(jié)束后向鎂液中吹氬氣，并采用機(jī)械攪拌，同時(shí)加RJ-6精煉劑30kg與氯化錳11kg進(jìn)行精煉，時(shí)間控制在30min，溫度控制在750℃；之后鎂液控溫至720℃時(shí)加入稀土元素鈰36kg，時(shí)間控制在25min，溫度控制在720℃；其后靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時(shí)間控制在45min，將合金液轉(zhuǎn)移到保溫爐中，溫度在710℃結(jié)束；然后加入鋁鈣中間合金14.4kg和鋁鍶中間合金2.6kg進(jìn)行合金化處理，熔化過程溫度始終控制在680℃，時(shí)間控制在15min；最后在680℃溫度條件下，并在SF6氣氛保護(hù)下進(jìn)行澆注，時(shí)間一般控制在55分鐘。這樣制得的鎂合金的化學(xué)組分的重量百分比為Al5.5％、Mn0.40％、Ca0.9％、Sr0.20％、Ce3.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為kg。本實(shí)施例鑄態(tài)下的平均抗拉強(qiáng)度240MPa，屈服強(qiáng)度165MPa，斷后延伸率7.5％。
權(quán)利要求
1.一種耐熱鑄造鎂合金，其特征在于各組分的重量百分比為Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3～4％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為Mg。
2.權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將工業(yè)鎂錠、鋁錠投入坩堝中加底熔劑熔化，底熔劑的用量占爐料質(zhì)量的1.5～2.5％，同時(shí)撒入覆蓋劑，覆蓋劑的用量占爐料質(zhì)量的0.003～0.005％，整個(gè)熔化過程時(shí)間控制在2～6h，且鎂液最終溫度控制在670～690℃；2)熔化結(jié)束后向鎂液中吹氬氣，并采用機(jī)械攪拌，同時(shí)加精煉劑與氯化錳進(jìn)行精煉，精煉劑的用量約占爐料質(zhì)量的1.5～2.5％，時(shí)間控制在30min，溫度控制在680～750℃；3)精煉結(jié)束后鎂合金液控制溫度至700～720℃時(shí)加入稀土元素鈰，時(shí)間控制在25min，溫度控制在700～720℃；4)靜置降溫，使熔劑和夾雜物沉降，時(shí)間控制在45min，溫度在降至680～710℃時(shí)進(jìn)行密閉轉(zhuǎn)移合金液到保溫爐；然后在保溫爐中加入鋁鈣中間合金和鋁鍶中間合金進(jìn)行合金化處理，熔化過程溫度始終控制在660～680℃，時(shí)間控制在15min；5)最后在660～680℃溫度條件下，并在保護(hù)氣氛中進(jìn)行澆注，保護(hù)氣氛通常為SF6、CO2、N2、SO2、干燥空氣混合氣體或混合氣體保護(hù)氣氛，時(shí)間一般控制在40～60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐熱鑄造鎂合金及其制備方法，各組分的重量百分比為Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3～4％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他雜質(zhì)元素≤0.05％，余量為Mg。本發(fā)明鑄態(tài)下的平均抗拉強(qiáng)度235MPa，屈服強(qiáng)度160MPa，斷后延伸率6％，能夠進(jìn)一步滿足對(duì)鎂合金材料的耐熱性能、鑄造性能、蠕變性能等有更高技術(shù)要求的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22D21/04GK101078076SQ20071002115
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者朱立春 申請(qǐng)人:聞喜云海金屬有限公司