CN100449021C - 一种高韧性的耐热镁合金的熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性的耐热镁合金，该镁合金的成份含量为：Y的含量为8～16wt%，其余为Mg。其方法包括(1)备料；(2)预热炉、熔化炉升温，向熔化炉通入保护气体；(3)预热纯镁锭、纯Y锭；(4)在保护气体的保护下分批熔化预热纯镁锭；(5)将盛放预热后的Y锭的加料筐没入镁熔液中熔化；(6)将镁熔液温度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保温10～60分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；(7)将镁合金熔液浇注成铸锭或铸件；或者进行连续或半连续铸造；或者进行挤压铸造或压铸成铸件。本发明的镁合金能满足较高力学性能和高温抗蠕变性能的要求，具有比现有镁合金高得多的断裂韧性和抗腐蚀性能，同时只有1个合金组元，便于回收利用。

Description

一种高韧性的耐热镁合金的熔炼方法

技术领域

本发明涉及一种高韧性的耐热镁合金及其熔炼方法。属于工业用镁合金的范畴。

背景技术

目前，随着节能环保和汽车性能提升要求的不断提高，镁合金因为密度小、比强度比刚度高、铸造性能好，尤其是易于压铸成型，除此还具有优良的减振性能和易于回收等优点，在汽车工业的应用呈现蓬勃发展之势。随着镁合金在汽车上应用的不断拓展，如从原先的变速箱壳体、仪表盘、车门等一般零部件向发动机支架、活塞、轮毂等重要位置的结构件和功能件发展，人们也在开发满足各种不同要求的镁合金，如高强高韧耐热镁合金、高温抗蠕变耐蚀镁合金等。

传统的镁合金如AZ91D、AM60B、AS41、AE42等获得了广泛的应用，依然是目前应用量最大的几种镁合金。但是这些合金都具有某些缺点，例如在250℃以上温度的强度非常低(≤100MPa)，抗腐蚀性能差，抗蠕变性能低(AZ91D、AM60B)。制约着镁合金在发动机等重要部件上的应用。目前的镁合金普遍存在的另一个问题是合金组元较多，合金组元之间可能发生反应生成不溶于镁合金熔液的金属间化合物，增加了镁合金回收利用的难度，降低了收得率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高韧性的耐热镁合金。它能满足较高力学性能和高温抗蠕变性能的要求，具有比现有镁合金高得多的断裂韧性和抗腐蚀性能，同时只有1个合金组元，便于回收利用。

本发明的另一个目的是提供一种高韧性的耐热镁合金的熔炼方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高韧性的耐热镁合金，该镁合金的成份含量为：Y的含量为8～16wt％，其余为Mg。

在本发明高韧性的耐热镁合金中，所述的Y的最佳含量为9～13wt％。

一种所述的镁合金的熔炼方法，该方法包括下述步骤：

(1)、按本发明所述的镁合金的成份的重量百分比进行备料，该镁合金的成份含量为：Y的含量为8～16wt％，其余为Mg；

(2)、将预热炉升温到160～660℃，并将熔化炉升温到500～800℃，且向熔化炉通入保护气体；

(3)、在预热炉中，将纯镁锭预热到100～600℃，同时将纯Y锭预热到100～500℃；

(4)、在已经预热的熔化炉中进行纯镁锭的熔炼，首先将占1熔化炉的熔化重量1/2～1/20的预热纯镁锭加入熔化炉中，使其在保护气体的保护下完全熔化，然后将其余的预热纯镁锭分批加入到熔化炉中，待前一批预热纯镁锭熔化后，再加入下一批预热镁锭，每批加入量以纯镁锭完全淹没在镁熔液中为准；如此重复进行，直至纯镁锭加入量达到预定值，完全熔化后，将熔液表面的浮渣清理干净，将温度控制在680～860℃；

(5)、将预热后的纯Y锭连同盛放Y锭的加料筐一起没入镁熔液中，加料筐为低碳钢或高铬钢制成，其上密布着大量的小孔，便于Y的溶解和扩散；

(6)、将镁熔液温度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保温10～60分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；

(7)、最后，将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成铸锭或铸件；或者将镁合金熔液输送到结晶器中，进行连续或半连续铸造；或者将镁合金熔液根据铸件重量分批浇注到挤压铸造机或压铸机中，挤压铸造或压铸成铸件。

在所述的步骤(5)中，所述的加料筐上密布着大量的小孔，也就是说加料筐上密布着的小孔为筛子状。

在本发明的镁合金的熔炼方法中，所述的保护气体优选为含有0.2～0.5体积％SF₆的N₂。以下简称为保护气体(0.2～0.5％SF₆+N₂)。

本发明的优点是：本发明的镁合金能满足较高力学性能和高温抗蠕变性能的要求，具有比现有镁合金高得多的抗腐蚀性能，同时只有1个合金组元，便于回收利用。

具体实施方式

实施例1：1000公斤Mg-10Y镁合金(Mg-10Y镁合金的成份含量为：Y的含量为10重量％，其余为Mg)熔炼方法。

1、熔炼准备

接通预热炉、熔化炉的电源，升温。将预热炉升温到420～460℃，将熔化炉升温到600～620℃，向熔化炉内通入保护气体(0.2～0.5％SF₆+N₂)。

2、纯镁锭和纯Y锭预热

采用预热炉将表面洁净的910公斤纯镁锭和102公斤纯Y锭预热到260～360℃，其中纯Y锭盛放在Y加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。

3、纯镁锭熔化

首先加入80～90公斤表面洁净的纯镁锭，使其在前述混合气体保护下完全熔化，然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约25～40公斤，具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准；待完全熔化后再加入第2批预热镁锭，加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准；如此反复，直至镁锭加入量达到预定值910公斤，完全熔化后，用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净，将温度控制在760～780℃。

4、合金化

将预热后的纯Y锭连同盛放Y锭的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在该温度下保温30～40分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；

5、浇注

用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸锭。至此熔炼结束。

本发明的Mg-10Y镁合金的室温断裂延伸率δ≥14％，抗拉强度σ_b为275～285MPa，屈服强度σ_0.2为215～225Mpa；250℃时的抗拉强度σ_b≥255MPa。

实施例2：1000公斤Mg-8.2Y镁合金(Mg-8.2Y镁合金的成份含量为：Y的含量为8.2重量％，其余为Mg)熔炼方法。

1、熔炼准备

接通预热炉、熔化炉的电源，升温。将预热炉升温到420～460℃，将熔化炉升温到600～620℃，向熔化炉内通入保护气体(0.2～0.5％SF₆+N₂)。

2、纯镁锭和纯Y锭预热

采用预热炉将表面洁净的930公斤纯镁锭和83公斤纯Y锭预热到260～360℃，其中纯Y锭盛放在Y加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。

3、纯镁锭熔化

首先加入80～90公斤表面洁净的纯镁锭，使其在前述混合气体保护下完全熔化，然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约25～40公斤，具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准；待完全熔化后再加入第2批预热镁锭，加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准；如此反复，直至镁锭加入量达到预定值930公斤，完全熔化后，用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净，将温度控制在760～780℃。

4、合金化

将预热后的纯Y锭连同盛放Y锭的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在该温度下保温25～35分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；

5、浇注

用熔体转移泵将镁合金熔液输送到结晶器中，进行半连续铸造，制备成压力加工用的坯锭。

本发明的Mg-8.2Y镁合金经过挤压成型后，其室温断裂延伸率δ≥18％，抗拉强度σ_b为285～295MPa，屈服强度σ_0.2为215～225Mpa；250℃时的抗拉强度σ_b≥240MPa。

实施例3：1000公斤Mg-15Y镁合金(Mg-15Y镁合金的成份含量为：Y的含量为15重量％，其余为Mg)熔炼方法。

1、熔炼准备

接通预热炉、熔化炉的电源，升温。将预热炉升温到420～460℃，将熔化炉升温到600～620℃，向熔化炉内通入保护气体(0.2～0.5％SF₆+N₂)。

2、纯镁锭和纯Y锭预热

采用预热炉将表面洁净的860公斤纯镁锭和152公斤纯Y锭预热到260～360℃，其中纯Y锭盛放在Y加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。

3、纯镁锭熔化

首先加入80～90公斤表面洁净的纯镁锭，使其在前述混合气体保护下完全熔化，然后分批将预热到设定温度的纯镁锭加入到熔化炉中。第1次加入约25～40公斤，具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准；待完全熔化后再加入第2批预热镁锭，加入量仍然以镁锭完全淹没在镁液中为准；如此反复，直至镁锭加入量达到预定值860公斤，完全熔化后，用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净，将温度控制在760～780℃。

4、合金化

将预热后的纯Y锭连同盛放Y锭的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在该温度下保温45～55分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；

5、铸造成型

根据铸件重量，用熔体转移泵将镁合金熔液分批浇注到挤压铸造机中，挤压铸造成铸件。

本发明的Mg-15Y镁合金经过挤压铸造成型后，其室温断裂延伸率δ≥12％，抗拉强度σ_b为275～285MPa，屈服强度σ_0.2为225～235Mpa；250℃时的抗拉强度σ_b≥265MPa。

Claims (2)

1、一种镁合金的熔炼方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1)、按下述的镁合金的成份的重量百分比进行备料，该镁合金的成份含量为：Y的含量为8～16wt％，其余为Mg；

(2)、将预热炉升温到160～660℃，并将熔化炉升温到500～800℃，且向熔化炉通入保护气体；

(3)、在预热炉中，将纯镁锭预热到100～600℃，同时将纯Y锭预热到100～500℃；

(4)、在已经预热的熔化炉中进行纯镁锭的熔炼，首先将占1熔化炉的熔化重量1/2～1/20的预热纯镁锭加入熔化炉中，使其在保护气体的保护下完全熔化，然后将其余的预热纯镁锭分批加入到熔化炉中，待前一批预热纯镁锭熔化后，再加入下一批预热镁锭，每批加入量以纯镁锭完全淹没在镁熔液中为准；如此重复进行，直至纯镁锭加入量达到预定值，完全熔化后，将熔液表面的浮渣清理干净，将温度控制在680～860℃；

(5)、将预热后的纯Y锭连同盛放Y锭的加料筐一起没入镁熔液中，加料筐为低碳钢或高铬钢制成，其上密布着大量的小孔，便于Y的溶解和扩散；

(6)、将镁熔液温度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保温10～60分钟，使合金元素Y均匀分布在镁熔液中；

(7)、最后，将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成铸锭或铸件；或者将镁合金熔液输送到结晶器中，进行连续或半连续铸造；或者将镁合金熔液根据铸件重量分批浇注到挤压铸造机或压铸机中，挤压铸造或压铸成铸件。

2、根据权利要求1所述的镁合金的熔炼方法，其特征在于：所述的保护气体为含有0.2～0.5体积％SF₆的N₂。