專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金材料，特別涉及高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料及其制備工藝，屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，其具有高的比強(qiáng)度比剛度、優(yōu)良的鑄造性能和機(jī)械加工性能，在汽車(chē)、電子、航空航天等領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景，由于其密度低，鎂合金成為替代鋁合金、鋼鐵等的重要材料，它的利用對(duì)減重和節(jié)能降耗特別顯著。雖然鎂合金的室溫性能優(yōu)異，但是較差的耐熱性能限制了鎂合金在服役溫度要求較高的汽車(chē)部件上的應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)部件和傳動(dòng)部件。因此提高鎂合金在120-200°C時(shí)的高溫強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)具有良好鑄造性能的耐熱鎂合金是鎂合金在汽車(chē)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前商業(yè)用耐熱鎂合金的研發(fā)主要集中通過(guò)添加稀土等元素提高其耐熱性能，類(lèi)似的發(fā)明專(zhuān)利如CN101130842A、CN101532107A、CN101225493A等都有涉及。如在CN1814837A中，李大全等發(fā)明的耐熱鎂合金含有2_6 % Sm和3_12 % Y，在王渠東等的 CN101463441A中，耐熱鎂合金含有2-10% Gd和3-16% Y，盡管這類(lèi)耐熱鎂合金力學(xué)性能都比較高，但添加稀土量都比較高(一般大于4%)，成本較高，大大限制了其商業(yè)應(yīng)用。因此非常有必要利用多元微合金化方法通過(guò)其他元素取代或部分取代稀土元素的合金化作用， 降低稀土含量。由于B元素在Mg-Al系合金中會(huì)優(yōu)先形成密排六方結(jié)構(gòu)的AlB2 (熔點(diǎn)為 980 0C )相，其(0001)面與Ci-Mg(OOOl)面的錯(cuò)配度為6. ，滿(mǎn)足共格對(duì)應(yīng)的錯(cuò)配度條件，因此AW2在理論上可作為α -Mg良好的異質(zhì)核心，能夠使α -Mg晶粒細(xì)化，一定程度可以增強(qiáng)合金力學(xué)性能。因此為了降低合金的成本，力爭(zhēng)用B部分取代稀土對(duì)鎂合金進(jìn)行合金化改性，開(kāi)發(fā)出一種低成本的耐熱鎂合金制備技術(shù)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料及其制備工藝，該種材料低成本、高溫耐熱性能良好。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料，其質(zhì)量百分比組成為Al 6 10%，Ζη 0·5 2%，Β 0.02 0.3%，Nd 0.2 1.5%，Gd 0· 2 1.5%， Mn 0. 1 0. 6%，雜質(zhì)元素 Si ≤ 0. 02%, Fe≤ 0. 003%, Cu ≤ 0. 01%，余量為 Mg。所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料，其質(zhì)量百分比組成優(yōu)選A1 7 9%，ZnO. 5 2%, B 0.03 0.1%，Nd 0.2 1.5%，Gd 0.2 1.5%，Mn 0. 1 0. 6 %，雜質(zhì)元素 Si ≤ 0. 02%, Fe ≤ 0. 003%, Cu ≤ 0. 01%，余量為 Mg。高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝，包括步驟如下1)按照合金成分進(jìn)行備料，將鎂錠(99. 99% )、鋁錠(99. 99% )、鋅錠(99. 99% )、 錳片(99. 9% ), Al-B 中間合金(3. 0 4. 0% B)，Mg-Nd 中間合金(25 ~ 30% Nd)，Mg-Gd中間合金05 30% Gd)及澆鑄用金屬模具預(yù)熱至160-200°C ；2)在惰性氣體和SFjg合氣體(0.01%-0.8% SF6)保護(hù)條件下，將鎂錠電爐加熱， 待鎂錠熔化升溫至710-730°C，依次加入鋁錠、鋅錠、錳片，熔化后再將Mg-Nd中間合金加入其中，待Mg-Nd中間合金熔化合金液溫度回升至720-750°C時(shí)再加入Mg-Gd中間合金熔化， 將得到的合金液升至750-780°C加入Al-B中間合金，待其熔化后攪拌3_5分鐘，攪拌完成后保溫15-20分鐘；3)將步驟幻得到的合金熔液溫度調(diào)整至700-730°C，靜置2_5分鐘，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆鑄于金屬模具中，得到的鑄態(tài)合金；4)將鑄態(tài)合金在390_450°C下進(jìn)行8_18小時(shí)的固溶處理，固溶處理后的合金在 180-250°C下進(jìn)行15-30小時(shí)的時(shí)效處理。本發(fā)明為含B及NcUGd復(fù)合強(qiáng)化的Mg-Al合金，通過(guò)改變?nèi)坭T、熱加工和熱處理的工藝條件充分發(fā)揮了 B的晶粒細(xì)化和Nd、Gd稀土元素的微合金化作用，使合金在較少稀土元素含量的情況下獲得室溫和高溫強(qiáng)度下都比較高的力學(xué)性能。本發(fā)明的有益效果是(1)用B部分取代稀土，稀土含量低，降低了成本；(2)制備工藝?yán)谖⒑辖鸹饔茫共牧暇哂休^高的高溫強(qiáng)度，可作為汽車(chē)零部件及其他服役溫度較高的結(jié)構(gòu)材料。(3)本發(fā)明獲得的合金在200°C溫度條件下，抗拉強(qiáng)度高于lOOMpa，延伸率不低于 10%。


圖1 按照實(shí)施例1制備的合金的XRD衍射圖。圖2 按照實(shí)施例1制備的合金的鑄態(tài)微觀組織照片。圖3 按照實(shí)施例1制備的合金熱處理后微觀組織照片。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的成分(重量百分比)為7. 5% Al，0. 8% Ζη,Ο. 02% B， 1% Nd,0. 8% Gd，0· 2% Mn，雜質(zhì)元素 Si、Fe、Cu、Ni 總量小于 0. 02%，余量為 Mg。按照上述成分配制合金，其熔鑄工藝為先將純鎂錠、鋁錠、鋅錠、Al-B中間合金， Mg-Nd中間合金，Mg-Gd中間合金預(yù)熱至160°C，然后將純鎂、鋁錠、錳片放入C02/SF6氣體保護(hù)的熔爐中熔化，熔化后攪拌均勻，待溫度到720°C加入Mg-Nd中間合金，待Mg-Nd中間合金熔化鎂液溫度回升至730°C時(shí)再加入Mg-Gd中間合金，將鎂液升至750°C加入Al-B中間合金，待其熔化后攪拌3-5分鐘，除去表面浮渣后靜置保溫15分鐘；待溫度在720°C進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具需預(yù)先加熱到160°C，澆鑄得到合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為在400°C下固溶處理12小時(shí)，180°C下進(jìn)行等溫時(shí)效處理20小時(shí)。本實(shí)例所得的合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為251MPa，屈服強(qiáng)度為148MPa，延伸率為 3.9%，200°C的抗拉強(qiáng)度為123MPa，屈服強(qiáng)度為98MPa，延伸率為18.5%。
實(shí)施例2高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的成分(重量百分比)為8. 5% Al，1. 2% Ζη,Ο. 03% B， 1. 5% Nd, 1. 0% Gd,0. 3% Mn，雜質(zhì)元素 Si、Fe、Cu、Ni 總量小于 0. 02%，余量為 Mg。按照上述成分配制合金，其熔鑄工藝為先將純鎂錠、鋁錠、鋅錠、Al-B中間合金， Mg-Nd中間合金，Mg-Gd中間合金預(yù)熱至200°C，然后將純鎂、鋁錠、錳片放入C02/SF6氣體保護(hù)的熔爐中熔化，熔化后攪拌均勻，待溫度到730°C加入Mg-Nd中間合金，待Mg-Nd中間合金熔化鎂液溫度回升至730°C時(shí)再加入Mg-Gd中間合金，將鎂液升至760°C加入Al-B中間合金，待其熔化后攪拌3-5分鐘，除去表面浮渣后靜置保溫20分鐘；待溫度在710°C進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱到200°C，澆鑄得到合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為在410°C下固溶處理M小時(shí)，200°C下進(jìn)行等溫時(shí)效48小時(shí)。本實(shí)例所得的合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為259MPa，屈服強(qiáng)度為153MPa，延伸率為 4. 1%，200°C的抗拉強(qiáng)度為118MPa，屈服強(qiáng)度為IOlMPa,延伸率為16.3%。實(shí)施例3高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的成分(重量百分比)為9. Al，1.5% Zn，0.05% B， 0. 8% Nd, 1. 5% Gd，0. 25% Mn，雜質(zhì)元素 Si、Fe、Cu、Ni 總量小于 0. 02%，余量為 Mg。按照上述成分配制合金，其熔鑄工藝為先將純鎂錠、鋁錠、鋅錠、Al-B中間合金， Mg-Nd中間合金，Mg-Gd中間合金預(yù)熱至180°C，然后將純鎂、鋁錠、錳片放入C02/SF6氣體保護(hù)的熔爐中熔化，熔化后攪拌均勻，待溫度到725°C加入Mg-Nd中間合金，待Mg-Nd中間合金熔化鎂液溫度回升至730°C時(shí)再加入Mg-Gd中間合金，將鎂液升至770°C加入Al-B中間合金，待其熔化后攪拌3-5分鐘，除去表面浮渣后靜置保溫18分鐘；待溫度在730°C進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱到200°C，澆鑄得到合金進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為在410°C下固溶處理18小時(shí)，190°C下進(jìn)行等溫時(shí)效30小時(shí)。本實(shí)例所得的合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為261MPa，屈服強(qiáng)度為154MPa，延伸率為 3.6%，200°C的抗拉強(qiáng)度為115MPa，屈服強(qiáng)度為97MPa，延伸率為17.7%。實(shí)施例4高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的成分(重量百分比)為6^^1,1.5^^1,0.3^^,0.8% Nd, 1. 5% Gd，0. 25% Mn，雜質(zhì)元素 Si、Fe、Cu、Ni 總量小于 0. 02%，余量為 Mg。熔鑄工藝同實(shí)施例1。本實(shí)例所得的合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為251MPa，屈服強(qiáng)度為152MPa，延伸率為 3. 5%，200°C的抗拉強(qiáng)度為113MPa，屈服強(qiáng)度為96MPa，延伸率為16. 7%0實(shí)施例5高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的成分(重量百分比)為7% Al，1.5% Si，0. 1^^,0.8% Nd, 1. 5% Gd，0. 25% Mn，雜質(zhì)元素 Si、Fe、Cu、Ni 總量小于 0. 02%，余量為 Mg。熔鑄工藝同實(shí)施例1。本實(shí)例所得的合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為262MPa，屈服強(qiáng)度為156MPa，延伸率為 3.6%，200°C的抗拉強(qiáng)度為119MPa，屈服強(qiáng)度為97MPa，延伸率為17.5%。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料，其特征是，其質(zhì)量百分比組成為Al 6 10%，Zn 0. 5 2%，B 0. 02 0. 3%, Nd 0. 2 1. 5%, Gd 0. 2 1. 5%, Mn 0. 1 0. 6%，雜質(zhì)元素 Si < 0. 02%, Fe < 0. 003%, Cu < 0. 01%，余量為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料，其特征是，其質(zhì)量百分比組成為A1 7 9%，Zn 0. 5 2%，B 0. 03 0. 1%，Nd 0. 2 1. 5%，Gd 0. 2 1. 5%，Mn 0. 1 0. 6%，雜質(zhì)元素 Si <. 02%, Fe < 0. 003%, Cu < 0. 01%，余量為 Mg。
3.權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝，其特征是，包括步驟如下1)在惰性氣體和SF6混合氣體保護(hù)條件下，將鎂錠電爐加熱，待鎂錠熔化升溫至 710-7300C，依次加入鋁錠、鋅錠、錳片，熔化后再將Mg-Nd中間合金加入其中，待Mg-Nd中間合金熔化合金液溫度回升至720-750°C時(shí)再加入Mg-Gd中間合金熔化，將得到的合金液升至750-780°C加入Al-B中間合金，待其熔化后攪拌3_5分鐘，攪拌完成后保溫15-20分鐘；2)將步驟2、得到的合金熔液溫度調(diào)整至700-730°C，靜置2_5分鐘，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆鑄于金屬模具中，得到鑄態(tài)合金；3)將鑄態(tài)合金經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理的熱處理后得產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝，其特征是，步驟3)熱處理為在390-450°C下進(jìn)行8-18小時(shí)的固溶處理，固溶處理后的合金在180_250°C下進(jìn)行 15-30小時(shí)的時(shí)效處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝過(guò)程，其特征是，所述的 Al-B中間合金含3. 0 4. 0%質(zhì)量的B。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝過(guò)程，其特征是，所述的 Mg-Nd中間合金含25 30%質(zhì)量的Nd。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料的制備工藝過(guò)程，其特征是，所述的 Mg-Gd中間合金含25 30%質(zhì)量的Gd。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度耐熱鎂合金材料及其制備工藝，材料的質(zhì)量百分比組成為Al 6～10％，Zn 0.5～2％，B 0.02～0.3％，Nd 0.2～1.5％，Gd 0.2～1.5％，Mn 0.1～0.6％，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.003％，Cu≤0.01％，余量為Mg。熔煉時(shí)以中間合金的形式依次向鎂熔體中添加Gd、Nd和B，然后澆鑄于金屬模具中，得到的合金固溶處理和時(shí)效熱處理后得材料。本發(fā)明材料用B部分取代稀土，稀土含量低，降低了成本；制備工藝?yán)谖⒑辖鸹饔?，使材料具有較高的高溫強(qiáng)度，可作為汽車(chē)零部件及其他服役溫度較高的結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102154580SQ20111011996
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者劉運(yùn)騰, 唐守秋, 姜利坤, 田長(zhǎng)文, 趙德剛 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院新材料研究所