專利名稱：一種含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低成本的、含錫(Sn)與鋁(A1)的高強度高塑性鎂合金及其制備 方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金作為一種新型金屬材料，以其密度小、比強度和比剛度高等優(yōu)點，在航空航 天、汽車以及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。目前，鎂及鎂合金的需求量每年以20%的速 率增長，被譽為是“二十一世紀的綠色工程材料”。目前，商用鎂合金基本上可以分為鑄造鎂合金與變形鎂合金兩大類。在鑄造鎂合 金中，AZ系列應(yīng)用最廣泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。但是，AZ91系列合金普遍存 在塑性較差的問題，而AM60/50合金則存在強度不高的缺陷。為了適應(yīng)市場需求，進一步擴大鎂合金的應(yīng)用范圍，在低成本前提下，同時提高合 金強度與韌性是關(guān)鍵所在。盡管許多科研工作對現(xiàn)有的鎂合金進行了晶粒細化、微合金化 等研究，但是應(yīng)用性不理想。因此，設(shè)計開發(fā)一種低成本、高強度高塑性鎂合金是很有必要 的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的、含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金及其制備 方法，通過合理選擇合金化元素，解決現(xiàn)有技術(shù)中AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問 題，以及AM60/50合金存在強度不高的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金，其組分及重量百分含量為Sn :3-6%,Al，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明確定合金成分的設(shè)計思想是(1)采用Sn作為第一組分，Sn在共晶溫度561°C時的固溶度為14. 85%，而在 200°C時固溶度為0. 45%，因此Sn在鎂中具有良好的固溶強化效果；同時含Sn鎂合金中形 成的Mg2Sn熔點高(770°C，Mg17Al12為462°C )，分布彌散，具有強化作用，因此合金中加入 3-6% Sn，最優(yōu)重量百分比為5%。(2)本發(fā)明合金中加入3-7% Al，A1具有固溶強化作用，同時合金中加入A1可以 提高熔體流動性。(3)本發(fā)明形成的合金晶粒較小，合金強度與塑性較高。本發(fā)明優(yōu)選配方(重量百分比)為4% Sn，5% A1，剩余部分為鎂和不可避免的雜 質(zhì)。本發(fā)明上述合金的熔鑄工藝如下熔煉過程在氣體保護下進行，將工業(yè)純美熔化 后，分別加入純Sn、純A1，等合金元素完全溶解后，采用鎂合金熔煉常用的精煉劑(如RJ-2 熔劑，加入量占熔體重量的)精煉，保溫除渣后進行鑄造，具體步驟如下
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(1)先將純Mg、純A1在150-20(TC下預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100_15(TC下預(yù) 熱20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑以及模具在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700_720°C 時，向熔體中加入預(yù)熱純A1與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至 730-750°C加入精煉劑進行精煉，在730-750°C保溫20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在C02與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。所述C02與SF6混合氣體中，SF6體積分數(shù)為0.5%。所述澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下1、與現(xiàn)有鎂合金相比，本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，改發(fā)明熔煉工藝簡單， 生產(chǎn)效率高，合金成本低。2、本發(fā)明合金在鑄態(tài)下，抗拉強度ob達到210_250MPa，屈服強度oa2達到 90-180MPa，延伸率5達到11-16%，具有高的強度與優(yōu)良的塑性，不需要熱處理，即可直接 使用。


圖1為本發(fā)明合金在鑄態(tài)下的合金組織圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。實施例1 合金成分(重量分數(shù))為3% Sn，5% A1，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純A1與純Sn預(yù)熱，純Mg、純A1在200°C預(yù)熱30分鐘，純Sn在100°C 預(yù)熱30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在200°C預(yù)熱30分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合 氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向 熔體中加入純A1與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加入占 熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進行澆 鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為240. 5MPa,屈服強度為99. OMPa,延伸率為12. 4%。如圖1所示，本發(fā)明合金在鑄態(tài)下的合金組織的特點是合金凝固組織由枝晶 a -Mg以及在枝晶間分布的離異共晶Mg17Al12與離異共晶相Mg2Sn組成，其中A為基體 a -Mg ；B為Sn在枝晶間成分偏析；C為離異共晶相Mg17Al12 ；D為Mg2Sn。實施例2 合金成分(重量分數(shù))為4% Sn，7% A1，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純A1與純Sn預(yù)熱，純Mg、純A1在200°C預(yù)熱30分鐘，純Sn在100°C 預(yù)熱30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在200°C預(yù)熱30分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合 氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向 熔體中加入純A1與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加入占 熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進行澆
4鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為235. OMPa，屈服強度為115. 3MPa，延伸率為11. 7%。實施例3 合金成分(重量分數(shù))為4% Sn，3% A1，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純A1與純Sn預(yù)熱，純Mg、純A1在200°C預(yù)熱30分鐘，純Sn在100°C 預(yù)熱30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在200°C預(yù)熱30分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合 氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向 熔體中加入純A1與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加入占 熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進行澆 鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為211. 5MPa，屈服強度為176. 5MPa，延伸率為15. 2%。實施例4 合金成分(重量分數(shù))為4% Sn，5% A1，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純A1與純Sn預(yù)熱，純Mg、純A1在200°C預(yù)熱30分鐘，純Sn在100°C 預(yù)熱30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在200°C預(yù)熱30分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合 氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向 熔體中加入純A1與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加入占 熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進行澆 鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為242. 5MPa，屈服強度為102. 4MPa，延伸率為14. 4%。
權(quán)利要求
一種含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金，其特征在于，其組分及重量百分比為3-6％Sn，3-7％Al，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金，其特征在于，其優(yōu)選重量 百分比為4% Sn, 5% Al，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金的制備方法，其特征在于， 具體步驟如下(1)先將純Mg、純Al在150-200°C下預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100-150°C下預(yù)熱 20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑以及模具在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；(2)將純Mg在CO2與SF6混合氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向熔 體中加入預(yù)熱純Al與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C 加入精煉劑進行精煉，在730-750°C保溫20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在CO2與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金的制備方法，其特征在于， 所述CO2與SF6混合氣體中，SF6體積分數(shù)為0.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金的制備方法，其特征在于， 所述澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低成本的、含錫(Sn)與鋁(Al)的高強度高塑性鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域，通過合理選擇合金化元素，解決現(xiàn)有技術(shù)中AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問題，以及AM60/50合金存在強度不高的缺陷。鎂合金組分及重量百分比為3-7％Al，3-6％Sn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。熔煉過程在氣體保護下進行，將工業(yè)純美熔化后，分別加入純Sn、純Al，等合金元素完全溶解后精煉，保溫除渣后進行鑄造。本發(fā)明合金在鑄態(tài)下，抗拉強度σb達到210-250MPa，屈服強度σ0.2達到90-180MPa，延伸率δ達到11-16％，具有高的強度與優(yōu)良的塑性，不需要熱處理，即可直接使用。
文檔編號C22C23/02GK101871068SQ20091001128
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者周吉學, 楊院生, 王晶, 王杰, 童文輝 申請人:中國科學院金屬研究所