CN100469929C - 一种镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金及其制备方法属于金属结构材料的制备技术领域。本发明的特征在于，含有下述质量百分比的组份：Sn：1.0～15.0%，Mn：0.1～1.5%，Si：1.0～5.0%，其余为镁和微量杂质。本发明同时提出了该合金的制备方法，包括合金坯料预备、均匀化和时效热处理工艺。本发明所提出的合金不含稀土等贵重元素，价格相对较低，冶炼工艺简单，可以通过热处理进行沉淀强化，晶内可以得到大量连续沉淀相，硬度值在70HV以上，具备应用于大规模生产的潜力。
Description
技术领域：
一种镁合金及其制备方法属于金属结构材料的制备技术领域。
背景技术：
镁合金具有优异的比强度、比刚度、抗振性和工艺性，镁合金的研究正在引起国内外材料界的重视，已经成为21世纪最有发展潜力的金属材料。我国是镁资源大国，目前以低价大量出口粗镁，国家很重视这种状况。开展对镁合金设计、冶炼以及热处理的研究，为发展优质镁合金提供实验依据，对我国镁合金的生产和相关产业的发展有深远的意义。Mg-Al系是广泛应用的铸造镁合金的基础，但合金的使用温度偏低，不能满足许多构件的要求。目前能够改善高温强度和蠕变性能的商业镁合金主要都是以稀土元素为主要合金元素，但是组织稳定性问题仍然是限制这些合金使用温度的重要因素，价格则制约了这些合金在民用产品上的普及。在不含稀土元素的高温高强镁合金设计中，已有的工作主要分为两个方向：1，在已获得广泛应用的Mg-Al系合金中添加微量元素；2，以Ca、Si等为主要合金元素。前者可以随微量元素的不同而获得不同程度的性能改变，但是相对实际应用所需要的指标，没有本质的改善；后者主要依靠晶界上稳定的共晶相起到强化作用，但是这些晶界共晶往往比较粗大，而且基体内部得不到细小弥散的强化相。关于Mg-Sn系列的合金，由于Mg-Sn二元系的性能相对Mg-Al系没有优势，这方面的研究较少，关于在Mg-Sn二元系的基础上添加合金元素的研究，目前国际上报导较少，主要添加元素为Si、Ca以及稀土元素，并且从他们给出的结果中可以看到，合金中Sn非常容易在晶界团聚，没有得到令人满意的性能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种不含稀土的镁合金的及其冶炼和热处理工艺，以扩大镁合金的应用范围及产品的附加值。主要发展方向为变形镁合金。
本发明所提出的镁合金的特征在于，含有下述质量百分比的组份：
锡：1.0～15.0％
锰：0.1～1.5％
硅：0.1～5.0％
其余为镁和微量杂质。
本发明提出的镁合金的制备方法，其特征在于，依次含有以下步骤：
1)合金坯料制备
按下述质量百分比含量配料：1.0～15.0％锡，0.1～1.5％锰，0.1～5.0％硅，其余为镁；使用熔炼炉熔炼，依次放入镁，镁锰中间合金、镁硅中间合金和锡，熔炼温度为680～800℃，搅拌均匀，静置，最后冷模浇注，得到镁合金坯料；
2)均匀化热处理
将第1)步制备得到的镁合金坯料放入热处理炉中，在空气气氛下进行加热，加热温度为420～520℃，保温时间为大于等于8小时，冷水淬火；
3)时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，处理温度为150～350℃，保温时间为1～100小时，冷水淬火，得到最终的镁合金。
在所述第1)步中，所述熔炼炉是电阻炉。
在所述第2)步中，将所述镁合金坯料埋入氧化镁粉末中，在氧化镁粉末上洒碳粉，然后再进行均匀化热处理。
试验证明，本发明所提出的镁合金不含稀土，具有较高的硬度，还具有制备方法简单、成本低等优点。
附图说明：
图1为透射电镜下实施例1制备得到的镁合金的组织图。
具体实施方式：
本发明所提出的镁合金含有下述质量百分比的组份：
锡：1.0～15.0％
锰：0.1～1.5％
硅：0.1～5.0％
其余为镁和微量杂质。
其制备方法，依次含有以下步骤：
1)合金坯料制备
按下述质量百分比含量配料：1.0～15.0％锡，0.1～1.5％锰，0.1～5.0％硅，其余为镁；使用熔炼炉熔炼，依次放入镁，镁锰中间合金、镁硅中间合金和锡，熔炼温度为680～800℃，搅拌均匀，然后静置，最后冷模浇注，得到镁合金坯料；
2)均匀化热处理
将第1)步制备得到的镁合金坯料放入热处理炉中，在空气气氛下进行加热，加热温度为420～520℃，保温时间为大于等于8小时，冷水淬火；
3)时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，处理温度为150～350℃，保温时间为1～100小时，冷水淬火，得到最终的镁合金。
通过如下实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
步骤一：合金坯料预备
按下列组分及质量百分比含量配料：15.0％锡，1.5％锰(以Mg-Mn中间合金的形式加入)，5.0％硅(以Mg-Si中间合金的形式加入)，其余为镁和不可避免的微量杂质；其中镁锰中间合金中Mn的质量百分比为10％，镁硅中间合金中Si的质量百分比为10％。使用电阻炉熔炼。熔炼过程中使用铁坩埚，加热至800℃，依次放入镁，镁锰中间合金和镁硅中间合金，约20分钟后熔为液态，加入Sn，搅拌两分钟，静置15分钟，再搅拌两分钟，静置15分钟，冷模浇注。
步骤二：均匀化热处理
在热处理炉中空气气氛下对镁合金坯料进行加热，加热温度520℃，保温时间为20小时。具体操作过程中为防止材料烧损，可以将坯料埋在氧化镁粉末中，并在氧化镁粉末周围洒一点碳粉。
步骤三：时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，时效过程中使用的温度为250℃，保温时间为10小时，得到本发明的镁合金。测得其硬度值为77Hv。附图1为透射电镜下该实施例合金的组织，该合金中有大量弥散析出的第二相，这些第二相能够有效的强化合金。
实施例2：
步骤一：合金坯料预备
按下列组分及质量百分比含量配料：9.0％锡，0.5％锰，1.0％硅，其余为镁和不可避免的微量杂质；其中锰以镁锰中间合金的形式加入，该中间合金中Mn的质量百分比为10％；硅以镁硅中间合金的形式加入，该中间合金中Si的质量百分比为10％。使用电阻炉熔炼。熔炼过程中使用铁坩埚，加热至750℃，依次放入镁，镁锰中间合金和镁硅中间合金，约20分钟后熔为液态，加入Sn，搅拌两分钟，静置15分钟，再搅拌两分钟，静置15分钟，冷模浇注。
步骤二：均匀化热处理
在热处理炉中空气气氛下对镁合金坯料进行加热，加热温度500℃，保温时间为16小时。具体操作过程中为防止材料烧损，可以将坯料埋在氧化镁粉末中，并在氧化镁粉末周围洒一点碳粉。
步骤三：时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，时效过程中使用的温度为350℃，保温时间为1小时，得到本发明的镁合金。测得其硬度值为72Hv。经测量其透射电镜下观察该合金中有大量弥散析出的第二相，这些第二相能够有效的强化合金。
实施例3：
步骤一：合金坯料预备
按下列组分及质量百分比含量配料：1.0％锡，1.5％锰，5.0％硅，其余为镁和不可避免的微量杂质；其中锰以镁锰中间合金的形式加入，该中间合金中Mn的质量百分比为10％；硅以镁硅中间合金的形式加入，该中间合金中Si的质量百分比为10％。使用电阻炉熔炼，熔炼过程中使用铁坩埚，加热至680℃，依次放入镁，镁锰中间合金和镁硅中间合金，约20分钟后熔为液态，加入Sn，搅拌两分钟，静置15分钟，再搅拌两分钟，静置15分钟，冷模浇注。
步骤二：均匀化热处理
在热处理炉中空气气氛下对镁合金坯料进行加热，加热温度420℃，保温时间为8小时。具体操作过程中为防止材料烧损，可以将坯料埋在氧化镁粉末中，并在氧化镁粉末周围洒一点碳粉。
步骤三：时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，时效过程中使用的温度为150℃，保温时间为100小时，得到本发明的镁合金。测得其硬度值为70Hv。透射电镜下观察该合金中有大量弥散析出的第二相，这些第二相能够有效的强化合金。
实施例4：
步骤一：合金坯料预备
按下列组分及质量百分比含量配料：6.0％锡，0.1％锰，0.1％硅，其余为镁和不可避免的微量杂质；其中锰以镁锰中间合金的形式加入，该中间合金中Mn的质量百分比为10％；硅以镁硅中间合金的形式加入，该中间合金中Si的质量百分比为10％。使用电阻炉熔炼。熔炼过程中使用铁坩埚，加热至750℃，依次放入镁，镁锰中间合金，约20分钟后熔为液态，加入Sn，搅拌两分钟，静置15分钟，再搅拌两分钟，静置15分钟，冷模浇注。
步骤二：均匀化热处理
在热处理炉中空气气氛下对镁合金坯料进行加热，加热温度450℃，保温时间为20小时。具体操作过程中为防止材料烧损，可以将坯料埋在氧化镁粉末中，并在氧化镁粉末周围洒一点碳粉。
步骤三：时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，时效过程中使用的温度为250℃，保温时间为10小时，得到本发明的镁合金。测得其硬度值为73Hv。透射电镜下观察该合金中有大量弥散析出的第二相，这些第二相能够有效的强化合金。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明提出的合金中添加的元素不含稀土以及其他昂贵元素，因此相对成本大大降低。
2、本发明所制备的材料显微硬度值超过70HV(如实施例1)，晶内有大量弥散析出的强化相，可与已获得广泛应用的Mg-Zn-Y合金相比拟，而相对成本则低很多。
3、本发明所制备的材料共晶点温度(560℃)远高于镁铝、镁锌等常规镁合金，具备很大的热处理强化潜力。
4、本发明设计的合金可以通过常规电阻炉进行熔炼，熔炼过程中无需氩气等气体保护，无需额外增加特殊设备，在企业应用时可节约设备成本。
5、本发明采用镁锰中间合金，熔炼温度为680～800℃，无需过高的熔炼温度，既减少烧损，又节约用电成本。
6、本发明设计的合金主要发展方向为变形镁合金。
Claims (3)
1、一种镁合金，其特征在于，含有下述质量百分比的组份：
锡：1.0～15.0％
锰：0.1～1.5％
硅：0.1～5.0％
其余为镁和微量杂质。
2、如权利要求1所述的镁合金的制备方法，其特征在于，依次含有以下步骤：
1)合金坯料制备
按下述质量百分比含量配料：1.0～15.0％锡，0.1～1.5％锰，0.1～50％硅，其余为镁；使用电阻炉熔炼，依次放入镁，镁锰中间合金、镁硅中间合金和锡，熔炼温度为680～800℃，搅拌均匀，静置，最后冷模浇注，得到镁合金坯料；
2)均匀化热处理
将第1)步制备得到的镁合金坯料放入热处理炉中，在空气气氛下进行加热，加热温度为420～520℃，保温时间大于等于8小时，冷水淬火；
3)时效热处理
在热处理炉中空气气氛下对均匀化的合金进行时效热处理，处理温度为150～350℃，保温时间为1～100小时，冷水淬火，得到最终的镁合金。
3、如权利要求2所述的镁合金的制备方法，其特征在于，在所述第2)步中，将所述镁合金坯料埋入氧化镁粉末中，在氧化镁粉末上洒碳粉，然后再进行均匀化热处理。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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