CN100424210C - 压铸耐热镁合金 - Google Patents

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Abstract

一种Mg-Al基压铸耐热镁合金，包含的组分及重量百分比为：Al：3.0-8.0%，Mn：0.30-0.60%，Y或Gd：0.3-2.0%，Ti：0.001-0.2%，杂质元素Fe＜0.005%，Cu＜0.015%，Ni＜0.002%，余量为Mg。本发明以Al为基本成分，通过在合金中添加少量的Y(Gd)，在合金中生成了Al2Y(Al2Gd)相，有效提高了合金的高温性能，同时，通过添加少量的Ti，显著细化了合金的晶粒，改善了Mg17Al12、Al2Y(Al2Gd)相的形态和分布，提高了合金的力学性能，降低了合金的热裂倾向，提高了合金的压铸性能。本发明工艺简单，成本相对较低。

Description

压铸耐热镁合金
技术领域
本发明涉及镁合金技术领域，主要用作生产汽车动力系统的轻合金部件，具体是一种压铸耐热镁合金。
背景技术
当前轻量化逐渐成为现代汽车的发展方向，镁合金作为最有前途的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。而目前汽车上的镁合金件，基本上都是压铸件。现有铸造镁合金中，以AZ91D、AM50等合金的应用最为广泛，这些镁合金具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和压铸性能。然而，当工作温度超过120℃时，这些合金的蠕变性能急剧下降，因此不能用于生产汽车动力传动和承载系统等结构件。目前正在研究和开发的汽车用耐热镁合金主要有Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Zn-Al-Ca、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Si等合金系。
经对现有技术的文献检索发现，刘海峰等人在《Materials Science Forum》，(材料科学论坛)，2005，488-489：279-282，“Development of High TemperatureCreep Resistant Magnesium Alloys for Die Casting”，(压铸耐热镁合金的开发)一文中研究了AZ91-Y合金，通过向AZ91合金中添加重量百分比为1％的钇，细化了铸态组织中粗大的β(Mg17Al12)相，提高合金的蠕变性能，使合金在150℃、50MPa条件下，经100小时蠕变量为0.1％，远远低于AZ91。但是，由于合金中的Al含量较高，合金中有较多的Mg17Al12相，影响合金的耐热性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种压铸耐热镁合金，使其通过向Mg-Al基镁合金中添加Mg-Y、Mg-Gd、Al-Ti等中间合金，由于Y(Gd)元素可以细化合金晶粒，有细晶强化的作用；Y(Gd)元素在镁合金中有较大的固溶度，而且扩散速度低，对合金起固溶强化作用；同时在合金的晶界附件生成稳定的粒状Al2Y(Al2Gd)相，起到析出强化的作用，并抑制了Mg17Al12相的析出，有效提高了合金的高温性能。Ti的添加显著细化了合金的晶粒，改善了Mg17Al12、Al2Y(Al2Gd)相的形态和分布，提高了合金的力学性能。由于稀土元素和Ti的添加量小，降低了合金的成本，此外，合金的压铸性能好，并能在150～200℃的温度范围内，50MPa条件下稳定工作，使其在汽车工业中的广泛应用成为可能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述压铸耐热镁合金的组分及其重量百分比为：Al 3.0-8.0％，Mn 0.30-0.60％，Y或Gd 0.3-2.0％，Ti0.001-0.1％，杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，余量为Mg。
本发明以Al作为基本成分，加入Y(Gd)细化晶粒，生成Al2Y(Al2Gd)相，有效提高了合金的高温性能。加入Ti是为了细化合金晶粒，改善Al2Y(Al2Gd)相的形态和分布。Mn的加入是为了保证合金的耐腐蚀性能。本发明形成的合金的晶粒和Mg17Al12相尺寸明显细化，延晶界分布的粗大Mg17Al12相转变为细小的粒状颗粒，分布更加均匀，Al2Y(Al2Gd)相的形貌和分布得到显著改善，合金的压铸性能、耐腐蚀性能与AZ91镁合金相当，合金的强度、塑性和抗蠕变性能明显好于AE42。
本发明上述合金的制备方法如下：
(1)按照采用的成分计算原料需要的重量百分比，原料为：镁锭(镁含量的质量分数大于99.9％)，工业纯铝，Al-Mn中间合金，Mg-Y(Gd)中间合金(其成分为Mg75％，Y(Gd)25％)，Al-Ti中间合金。
(2)合金的熔炼工艺如下：将工业纯镁在N2+0.2％SF6混合气体的保护下加热，待镁完全熔化后，在600-650℃加入工业纯铝和Al-10Mn中间合金，在600-660℃加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金，在650-740℃加入Al-10Ti中间合金并在该温度下保温30分钟，保温过程中每隔5分钟搅拌一次，待合金元素完全溶解后，用工具搅拌合金，使成分均匀，然后降温至660-680℃的浇注温度下静置5-10分钟，即可进行压铸生产。
与现有压铸耐热镁合金相比，本发明工艺简单，成本相对较低，通过加入少量的Y(Gd)重稀土元素和Ti元素，合金晶粒小于20μm，改善了Mg17Al12、Al2Y(Al2Gd)相的形貌和分布，使合金的抗拉强度达到271MPa，延伸率达到6.0％；在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.26％，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.07％；同时合金的压铸性能与AM50相当，解决了压铸镁合金抗蠕变性能较差的问题。
具体实施方式
结合本发明技术方案的内容提供以下实例：
实例1：
合金成分(重量百分比)为：3.1％Al、0.3％Mn、0.3％Y、0.01％Ti，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。合金的熔炼工艺为：按照上述成分配置合金，在电阻坩锅炉中加入工业纯镁100公斤，同时采用N2+0.2％SF6混合气体保护，待镁完全熔化后，在620℃加入工业纯铝5.00Kg和Al-10Mn中间合金5.5Kg，在650℃加入Mg-Y中间合金，在720℃加入Al-10Ti中间合金0.25Kg并在该温度下保温30分钟，保温过程中每隔5分钟搅拌一次，待合金元素完全溶解后，用工具搅拌合金，使成分均匀，降温至680℃的浇注温度下静置10分钟，然后通过定量浇注系统浇入压铸机进行压铸。本实例合金的室温抗拉强度为262MPa、屈服强度为171MPa、延伸率为6.5％；在200℃下的抗拉强度为176MPa、屈服强度为134MPa、延伸率为14.1％；在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.24％，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.05％。
实例2：
合金成分(重量百分比)为：8.0％Al、0.4％Mn、1.1％Y、0.2％Ti，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。合金的熔炼工艺为：按照上述成分配置合金，在电阻坩锅炉中加入工业纯镁100公斤，加热熔炼，同时撒少量的覆盖剂保护，待镁完全熔化后，在620℃加入工业纯铝6.30Kg和Al-10Mn中间合金4.5Kg，在600-650℃加入Mg-Y中间合金，在720℃加入Al-10Ti中间合金2.5Kg并在该温度下保温30分钟，保温过程中每隔5分钟搅拌一次，待合金元素完全溶解后，用工具搅拌合金，使成分均匀，降温至680℃的浇注温度下静置10分钟，然后通过定量浇注系统浇入压铸机进行压铸。本实例合金的室温抗拉强度为271MPa、屈服强度为176MPa、延伸率为6.0％；在200℃下的抗拉强度为171MPa、屈服强度为130MPa、延伸率为13.6％；在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.26％，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.07％。
实例3：
合金成分(重量百分比)为：4.7％Al、0.3％Mn、0.8％Y、0.01％Ti，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。合金的熔炼工艺为：按照上述成分配置合金，在电阻坩锅炉中加入工业纯镁100公斤，同时采用N2+0.2％SF6混合气体保护，待镁完全熔化后，在620℃加入工业纯铝5.00Kg和Al-10Mn中间合金3.3Kg，在650℃加入Mg-Y中间合金，在720℃加入Al-10Ti中间合金0.12Kg并在该温度下保温30分钟，保温过程中每隔5分钟搅拌一次，待合金元素完全溶解后，用工具搅拌合金，使成分均匀，降温至680℃的浇注温度下静置10分钟，然后通过定量浇注系统浇入压铸机进行压铸。本实例合金的室温抗拉强度为265MPa、屈服强度为168MPa、延伸率为6.7％；在200℃下的抗拉强度为172MPa、屈服强度为131MPa、延伸率为13.6％；在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.25％，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.05％。
实例4：
合金成分(重量百分比)为：5.8％Al、0.27％Mn、0.6％Gd、0.2％Ti，杂质元素小于0.02％，其余为Mg合金的熔炼工艺为：按照上述成分配置合金，在电阻坩锅炉中加入工业纯镁100公斤，同时采用N2+0.2％SF6混合气体保护，待镁完全熔化后，在620℃加入工业纯铝6.00Kg和Al-10Mn中间合金3.0Kg，在650℃加入Mg-Gd中间合金，在720℃加入Al-10Ti中间合金2.5Kg并在该温度下保温30分钟，保温过程中每隔5分钟搅拌一次，待合金元素完全溶解后，用工具搅拌合金，使成分均匀，降温至680℃的浇注温度下静置10分钟，然后通过定量浇注系统浇入压铸机进行压铸。本实例合金的室温抗拉强度为258MPa、屈服强度为167MPa、延伸率为5.9％；在200℃下的抗拉强度为169MPa、屈服强度为131MPa、延伸率为14.5％；在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.27％，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量是0.08％。

Claims (4)

1. 一种压铸耐热镁合金，其特征在于：包含的组分及其重量百分比为：Al3.0-8.0％，Mn 0.30-0.60％，Gd 0.3-2.0％，Ti 0.001-0.1％，杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，余量为Mg。
2. 根据权利要求1所述的压铸耐热镁合金，其特征是，所述合金晶粒小于20μm。
3. 根据权利要求1所述的压铸耐热镁合金，其特征是，所述合金的抗拉强度达到271MPa，延伸率达到6.0％。
4. 根据权利要求1所述的压铸耐热镁合金，其特征是，所述合金，在200℃、50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.26％；在150℃、50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.07％。
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