一種高強(qiáng)度的鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金領(lǐng)域，更具體地，涉及一種一種高強(qiáng)度的鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車工業(yè)中，汽車節(jié)能、環(huán)保、安全舒適、電子化是汽車市場的剛性追求，也是技 術(shù)發(fā)展的必然趨勢，而輕量化是其中應(yīng)有之義。汽車輕量化設(shè)計(jì)是指在保證汽車產(chǎn)品使用、 安全等性能和成本控制的前提下，依靠材料輕量化、設(shè)計(jì)技術(shù)輕量化和制造技術(shù)輕量化的 有機(jī)結(jié)合。無論汽車采用什么能源，輕量化是實(shí)現(xiàn)高速、安全、環(huán)保、舒適的最佳途徑。研究 數(shù)據(jù)表明，汽車質(zhì)量每下降10%，能耗約下降3%~5%，換句話說，汽車重量每減少100kg，百公 里油耗可下降0. 3~0. 5升，由此既能節(jié)省用戶成本，又有利于減少尾氣排放，起到環(huán)保的作 用。
[0003] 鎂合金是迄今為止最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度僅相當(dāng)于鋁的2/3,鋼的1/4,使 其擁有很高的比強(qiáng)度及比剛度。另外，鎂合金還具有良好的阻尼減震性、機(jī)械加工性、尺寸 穩(wěn)定性和易回收等特點(diǎn)，使其被廣泛運(yùn)用于汽車制造、3C產(chǎn)業(yè)和航空航天等方面。與此同 時，我國儲藏豐富的鎂資源，為我國鎂工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了物質(zhì)保證。
[0004]因此，鎂合金材料將是汽車輕量化的一個重要技術(shù)選擇方向。
[0005]目前，汽車市場上已使用的鎂合金配件主要是非承重件，如汽缸蓋、油底殼和座椅 等，在承重件方面，還未發(fā)現(xiàn)鎂合金被廣泛運(yùn)用于汽車市場上。究其原因，主要是鎂合金的 強(qiáng)度不能滿足汽車承重件的要求?？紤]到汽車配件的復(fù)雜性，較多配件均需要使用壓鑄的 成型工藝。綜上因素分析，汽車市場上亟待開發(fā)一種低成本高強(qiáng)高韌壓鑄鎂合金。
[0006] 通過文獻(xiàn)檢索，得到以下文獻(xiàn)與本發(fā)明最為接近： 文獻(xiàn)1 :《一種高強(qiáng)高韌性鑄造鎂合金》【申請?zhí)枴?00710019465. 1，涉及到一種Mg-Al-Y-Ca鑄造鎂合金。
[0007] 文獻(xiàn)2 :《一種高強(qiáng)度耐熱壓鑄鎂合金及其制備方法》【申請?zhí)枴?00710011019. 6,涉 及到一種Mg-Al-Y-Ca壓鑄鎂合金。
[0008] 從上述文獻(xiàn)及其他相關(guān)文獻(xiàn)中了解到：目前對鎂合金材料的研究主要在于提高合 金的強(qiáng)韌性以及耐熱性能。針對上述技術(shù)難題，常用的解決方法是通過添加微量元素細(xì)化 Mg-ΑΙ系合金的晶粒提尚材料的強(qiáng)初性能，并減少M(fèi)gl7A112低溫相從而提尚材料的耐熱性 能。
[0009] 根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1中的合金成分為（按重量百分比）：5. 0-6. 0%A1，1. 0-2.0%Ca， 0. 15-0. 25%Ti，0. 5-1. 0%Y，余量為Mg，通過熔煉、澆鑄成型。
[0010] 根據(jù)上述專利文獻(xiàn)2中的合金成分為(按重量百分比）：A18. 5-9. 5%，0. 4-0. 9Zn， 0· 1-0. 4Mn，CaO.5-1. 5%，Υ0· 5-1. 5%，雜質(zhì)元素Si彡 0· 02,Fe彡 0· 003,Ni彡 0· 003， Cu彡0· 003,余量為Mg。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于獲得一種組織致密、強(qiáng)度高，鑄造成型性能好的鎂合金。
[0012] 根據(jù)以上目的，首先提供一種高強(qiáng)度的鎂合金，其特征在于，按重量百分比記，包 括以下的組分：Α1 6. 0~7· 5%，Μη0· 15~0· 5%，Ca1. 5~2· 3%，Sr0· 3~0· 8%，Y0· 1~0· 3%，雜 質(zhì)元素Be彡 0· 1%，Cu彡 0· 03%，Ni彡 0· 002%，F(xiàn)e彡 0· 005%，Si彡 0· 005%，其余為Mg。
[0013]優(yōu)選的，包括以下的組分：Α1 6· 3~7· 9%，Μη(λ15~0· 3%，CaL8~2· 0%，Sr 0. 3~0. 8%,Υ0. 1~0. 3%〇
[0014] 根據(jù)需求再提供一種上述的高強(qiáng)度的鎂合金的制備方法，包括以下步驟， 51. 將金屬M(fèi)g、金屬Al、Mn、Ca、Mg-Y和Mg-Sr進(jìn)行預(yù)熱； 52. 將預(yù)熱好的金屬M(fèi)g、Μη和Mg-Ca在保護(hù)氣體下熔煉，得到鎂合金中間液； 53. 將S2所述的的鎂合金中間液和S1所得的預(yù)熱好的金屬Al、Mg-Y和Mg-Sr進(jìn)行合 金化，得鎂合金液， 54. 將S3所得的鎂合金液壓鑄，即得鎂合金。
[0015]S2所述的熔煉的溫度為720~760°C，所述的保護(hù)氣體為隊(duì)和SF6的混合氣體，其 中，隊(duì)的流量為 0. 8~1. 8m3/H，SF6的流量為 0. 25~0. 65ml/min。
[0016]S3所述的合金化的加料順序依次是Mg-Sr、Mg-Y和金屬A1，加料的溫度為 700~730°C，加料間隔為 5~10min。
[0017] 所述的Μη為Μη粉末或Mg-Mn;所述的Ca為Ca粉末或Mg-Ca。
[0018] 將S3所得的鎂合金液依次進(jìn)行攪拌，保溫，第一次打渣，精煉，降溫，靜置，第二次 打渣。
[0019] 所述的加料溫度均為700~730°C，加料間隔時間為5~10min;所述的攪拌溫度為 700~730°C，攪拌時間為10~25min;所述的保溫的溫度為700~730°C，保溫時間為15~30min; 所述的精煉溫度為680~720°C，精煉時間為10~30min，Ar流量為0. 1~0. 5m3/H;所述的靜 置溫度為670~700°C，靜置時間為20~60min。
[0020] S4所述的壓鑄的溫度為670~710°C。
[0021] 所述的金屬M(fèi)g的純度不低于99. 7%。
[0022] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金具有高強(qiáng)度，尤其是在屈服方面比較 突出，常溫下抗拉強(qiáng)度為263Mpa(較AZ91D高5%)，屈服強(qiáng)度為196. 5Mpa(較AZ91D高16%)， 延伸率為7% (與AZ91D相同)，克服了常規(guī)鎂合金（AZ91D)力學(xué)性能低的缺陷，可用于汽車 承重件及3C產(chǎn)業(yè)承重件的產(chǎn)品運(yùn)用。
[0023] 2.本發(fā)明使用的稀土含量極少，大大降低合金的生產(chǎn)成本。
[0024] 3.Ca的質(zhì)量含量優(yōu)選為1. 8~2. 0%，其通過變質(zhì)作用細(xì)化合金晶粒，顯著提高 合金的屈服強(qiáng)度，同時氧化生成的CaO和MgO薄膜起到阻燃效果；Μη的質(zhì)量含量優(yōu)選為 0. 15~0. 30%，其主要作用是降低了有害雜質(zhì)元素Fe的含量；Υ的質(zhì)量含量優(yōu)選為0. 1~0. 2%， 其通過變質(zhì)作用明顯細(xì)化合金晶粒，綜合提高材料的拉伸性能。
[0025] 為了更合理的說明本發(fā)明，進(jìn)行以下論述。
[0026] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中，A1的質(zhì)量含量優(yōu)選為6. 3~6. 9%， 其提高了鎂合金的力學(xué)性能和鑄造性能。在本發(fā)明中，所述A1優(yōu)選以金屬形式添加；當(dāng)以 金屬A1添加時，所述金屬A1的純度優(yōu)選為不低于99. 7% ;在本發(fā)明中，金屬A1的燒損率優(yōu) 選按照8%計(jì)算。
[0027] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中，Μη的質(zhì)量含量優(yōu)選為 0. 15~0. 30%，其主要作用是降低了有害雜質(zhì)元素Fe的含量。在本發(fā)明中，所述Μη優(yōu)選為純 Μη粉或Mg-Mn的形式添加；當(dāng)以Mg-Mn的形式添加時，所述Μη在Mg-Mn中間合金中的質(zhì)量 含量優(yōu)選為3~5% ;在本發(fā)明中，所述Mg-Mn中間合金需要優(yōu)先預(yù)計(jì)0. 15%的除鐵使用量，燒 損率優(yōu)選按照4%計(jì)算。
[0028] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中，Ca的質(zhì)量含量優(yōu)選為1. 8~2. 0%， 其通過變質(zhì)作用細(xì)化合金晶粒，顯著提高合金的屈服強(qiáng)度，同時氧化生成的CaO和MgO薄 膜起到阻燃效果。在本發(fā)明中，所屬Ca優(yōu)選以金屬Ca或Mg-Ca中間合金形式添加；當(dāng)以 Mg-Ca中間合金形式添加時，所述Ca在Mg-Ca中間合金中的質(zhì)量含量優(yōu)選為18~22% ;在本 發(fā)明中，所述Mg-Ca中間合金的燒損率優(yōu)先按照20%計(jì)算。
[0029] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中，Sr的質(zhì)量含量優(yōu)選為 0. 35~0. 65%，其改善了合金的流動性及綜合力學(xué)性能。在本發(fā)明中，所述Sr優(yōu)選以金屬Sr 或Mg-Sr中間合金形式添加；當(dāng)以Mg-Sr中間合金形式添加時，所述Sr在Mg-Sr中間合金 中的質(zhì)量含量優(yōu)選為18~22%;在本發(fā)明中，所述Mg-Sr中間合金的燒損率優(yōu)選按照20%計(jì) 算。
[0030] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中，Y的質(zhì)量含量優(yōu)選為0. 1~0. 2%， 其通過變質(zhì)作用明顯細(xì)化合金晶粒，綜合提高材料的拉伸性能。在本發(fā)明中，所述Y優(yōu)選以 金屬Y或Mg-Y中間合金形式添加；當(dāng)以Mg-Y中間合金形式添加時，所述Y在Mg-Y中間合 金中的質(zhì)量含量優(yōu)選為23~27%;在本發(fā)明中，所述Mg-Y中間合金的燒損率優(yōu)選按照25%計(jì) 算。
[0031] 本發(fā)明提供的低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金中還含有余量的Mg，所述Mg以金屬 Mg的形式添加，所述金屬M(fèi)g的純度優(yōu)選為不低于99. 7%。
[0032] 本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述低成本高強(qiáng)堿土及稀土鎂合金的制備方 法，包括以下步驟： 1) 將金屬M(fèi)g、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料預(yù)熱； 2) 將預(yù)熱好的金屬M(fèi)g、Mg-Mn和Mg-Ca在保護(hù)氣體下熔煉，得到中間鎂合金液； 3) 將所述步驟（2)中得到的鎂液進(jìn)行合金化，得到鎂合金液； 4) 將所述步驟（3)中得到的鎂合金液進(jìn)行攪拌、保溫及打渣，得到均勻化的鎂合金液； 5) 將所述步驟（4)中得到的鎂合金液進(jìn)行精煉、降溫、靜置及打渣，得到純凈且均勻化 的鎂合金液； 6) 將所述步驟（5)中得到的鎂合金液進(jìn)行壓鑄，得到鎂合金試樣。
[0033] 本發(fā)明將金屬M(fèi)g、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料進(jìn)行預(yù)熱。本 發(fā)明對所述的預(yù)熱操作沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的預(yù)熱技術(shù)方案即可。本 發(fā)明優(yōu)選在烤箱中進(jìn)行預(yù)熱。在本發(fā)明中，所述預(yù)熱溫度優(yōu)選為300~330°C，更優(yōu)選為 310~320°C;所述預(yù)熱時間優(yōu)選為0. 5~1. 5H，更優(yōu)選為1. 0~1. 5H。在本發(fā)明中，所述預(yù)熱作 用是除去金屬M(fèi)g、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料中的水分，降低合金加入 熔體中爆炸的危險(xiǎn)性，同時降低中間合金加入熔體時因溫差過大產(chǎn)生的燃燒的現(xiàn)象。
[0034] 本發(fā)明將預(yù)熱好的金屬M(fèi)g、Mg-Mn和Mg-Ca在保護(hù)氣體下恪煉，得到中間合金液。 本發(fā)明對所述的熔煉操作沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的熔煉技術(shù)方案即可。 在本發(fā)明中，優(yōu)選對熔煉設(shè)備及操作工具進(jìn)行預(yù)熱，所述預(yù)熱溫度優(yōu)選為300~450°C，更優(yōu) 選為390~410°C。在本發(fā)明中，所述熔煉溫度優(yōu)選為720~760°C，更優(yōu)選為725~735°C。在 本發(fā)明中，所述獲得的中間合金液的作用是減少純鎂的燃燒。在本發(fā)明中，所述熔煉過程 優(yōu)選在保護(hù)氣體下進(jìn)行；本發(fā)明中所述保護(hù)氣體優(yōu)選為隊(duì)和SF6的混合氣體，N2的流量 優(yōu)選為 〇. 8~1. 8m3/H，更優(yōu)選為 0. 9~1. 1m3/H;SFj^流量為 0. 25~0. 65ml/min，更優(yōu)選為 0. 3~0. 4ml/min。在本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體的作用是保護(hù)鎂合金液不受氧化。
[0035] 本發(fā)明將中間鎂合金液進(jìn)行合金化