CN101037753A - 一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法。针对现有AZ91镁合金耐热性较差的问题，本发明通过向AZ91合金中加入金属钙Ca和稀土元素Y，研制出一种具有高耐性能的压铸镁合金的制备方法。其成分按质量百分比配制为：8.5～9.5％Al，0.4～0.9％Zn，0.1～0.4％Mn，0.5～1.5％Ca，0.5～1.5％Y，杂质元素Si≤0.02，Fe≤0.003，Ni ≤0.003，Cu≤0.003，余量为Mg。本发明的合金具有熔体处理简单、压铸成型性能良好、较高的高温力学性能及成本较低的优点，易于推广使用，特别适合与规模化商业生产，极具市场潜力。该合金的室温、高温强韧性指标均高于商品化的AZ91合金。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、机加工性能优良和减震性好等优点，被广泛应用于航天航空，汽车及3C产品中。其中，AZ91合金是目前室温应用最多的压铸镁合金，其具较高室温强度及良好铸造性能，但由于其主要强化相Mg17Al12的热稳定性较差使其长期使用温度不能超过120℃，从而限制了该合金的应用。在现存的耐热镁合金中，AS系(如AS21，AS41)和AE系(如AE42)合金虽然具有很高的高温强度，但压铸成型性能较差，不适用于压铸这一镁合金应用最多的成型工艺。此外，Mg-Zn-Zr系和Mg-RE-Zr系合金由于含有较多贵重金属Zr和RE，使其价格较高，并且熔炼工艺比较复杂，应用受到一定的局限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有镁合金上述性能的不足之处，提供一种含Ca、Y的高强度耐热压铸镁合金及其制备方法。通过在AZ91合金的基础之上，加入适量的金属钙(Ca)和稀土元素钇(Y)，改善合金的强韧性，并使之具有较高的高温强度，以满足上述工业领域的需要。
本发明制备含有Ca、Y的高强度耐热压铸镁合金。其方法是以工业用镁合金AZ91铸锭为母合金，并向其中加入金属Ca和纯Y，两者加入量按质量百分比分别控制在0.5～1.5％。本发明的高强度耐热压铸镁合金的化学成分按质量百分比是：8.5～9.5％Al，0.4～0.9％Zn，0.1～0.5％Mn，0.5～1.5％Ca，0.5～1.5％Y，杂质元素Si≤0.02，Fe≤0.003，Ni≤0.003，Cu≤0.003，余量为Mg。
本发明的制备方法是选用工业用镁合金AZ91铸锭为母合金，将母合金锭预热至150～200℃，并在含有0.03％SF6和余量为N2的混配气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至700℃，再将Ca(用铝箔预先包好)和Y预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，继续升温至720～750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸。
本发明的有益效果是：镁合金室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为230～250MPa、160～180MPa、3～5％。200℃温度下抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为180～230MPa、90～130MPa和8～10％。在相同的工艺条件下，本发明的镁合金比AZ91合金的室温强韧性指标(抗拉强度230MPa、屈服强度140MPa、伸长率3％)有所提高，比AZ91合金高温强韧性指标(200℃下的抗拉强度110MPa、屈服强度60MPa、伸长率6％)明显提高。该合金与母合金AZ91相比，生产成本不高于10％，且合金熔体处理简单、压铸成型性能良好。
使用本发明制造出的镁合金，具有较高的高温强度，而且易于压铸成形。本发明的特点：①通过向合金中添加少量的合金元素Ca和Y来提高合金的耐热性，在不明显增加合金成本的前提下，以达到少量多元强化的目的。金属元素Ca不仅具有阻燃作用，而且可以细化合金组织、提高合金高温性能。稀土元素Y能够改善镁合金的铸造性能、提高合金流动性及综合力学性能，并具有明显的热处理强化效果。②合金元素(Ca和Y)是以纯金属的形式加入合金中，这样可以最大限度地减少由于合金化而产生的的杂质和夹杂。③母合金AZ91来源广泛，熔炼工艺成熟，通用性强，易于实现工业化生产。
具体实施方式
例1
将AZ91铸锭在预热炉中预热至150℃，放入具有0.03％SF6和余量为N2的混配气体保护的熔炼炉中并加热至700℃。待合金全部熔化后，将Ca(用铝箔预先包好)和Y预热至200℃后，直接加入熔体中并用搅拌工具轻微搅拌使其混合均匀，继续升温至750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸。
获得的铸件成分如下表所示(按质量百分比)：
| Mg | Al | Mn | Zn | Si | Fe | Ni | Cu | Ca | Y | 其它杂质 |
| 87.9 | 8.916 | 0.351 | 0.628 | 0.015 | 0.0024 | 0.0018 | 0.0026 | 1.233 | 0.932 | 余量 |
将合金压铸成拉伸试样，测得的室温拉伸性能为：σb＝255.3MPa，σs＝179.3MPa，δ5＝4.0％；200℃下拉伸性能为σb＝229.5MPa，σs＝131.3MPa，δ5＝9.0％。
例2
将AZ91铸锭在预热炉中预热至150℃，放入具有0.03％SF6和余量为N2的混配气体保护的熔炼炉中并加热至700℃。待合金全部熔化后，将Ca(用铝箔预先包好)和Y预热至200℃后，直接加入熔体中并用搅拌工具轻微搅拌使其混合均匀，继续升温至750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸。
获得的铸件成分如下表所示(按质量百分比)：
| Mg | Al | Mn | Zn | Si | Fe | Ni | Cu | Ca | Y | 其它杂质 |
| 88.3 | 8.523 | 0.275 | 0.842 | 0.012 | 0.0018 | 0.0021 | 0.0024 | 1.452 | 0.529 | 余量 |
将合金压铸成拉伸试样，测得的室温拉伸性能为：σb＝241.5MPa，σs＝158.6MPa，δ5＝3.0％；200℃下拉伸性能为σb＝218.8MPa，σs＝117.1MPa，δ5＝7.8％。
例3
将AZ91铸锭在预热炉中预热至150℃，放入具有0.03％SF6和余量为N2的混配气体保护的熔炼炉中并加热至700℃。待合金全部熔化后，将Ca(用铝箔预先包好)和Y预热至200℃后，直接加入熔体中并用搅拌工具轻微搅拌使其混合均匀，继续升温至750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸。
获得的铸件成分如下表所示(按质量百分比)：
| Mg | Al | Mn | Zn | Si | Fe | Ni | Cu | Ca | Y | 其它杂质 |
| 87.8 | 9.475 | 0.322 | 0.438 | 0.014 | 0.0022 | 0.0018 | 0.0024 | 0.569 | 1.312 | 余量 |
将合金压铸成拉伸试样，测得的室温拉伸性能为：σb＝249.2MPa，σs＝176.9MPa，δ5＝4.5％；200℃下拉伸性能为σb＝224.8MPa，σs＝126.4MPa，δ5＝9.5％。
Claims (3)
1、一种高强度耐热压铸镁合金，其特征在于以工业用镁合金AZ91铸锭为母合金，加入金属Ca和纯Y制成，该合金的化学组成按质量百分比为：8.5～9.5％Al，0.4～0.9％Zn，0.1～0.5％Mn，0.5～1.5％Ca，0.5～1.5％Y，杂质元素Si≤0.02，Fe<0.003，Ni≤0.003，Cu≤0.003，余量为Mg。
2、根据权利要求1所述的高强度耐热压铸镁合金，其特征在于该合金室温抗拉强度为230～250MPa，屈服强度为160～180MPa，伸长率为3～5％，200℃温度下抗拉强度为180～230MPa，屈服强度为90～130MPa，伸长率为8～10％。
3、权利要求1所述高强度耐热压铸镁合金的制备方法，其特征在于选用工业用镁合金AZ91铸锭为母合金，将母合金锭预热至150～200℃并在有0.03％SF6和余量为N2的混配气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至700℃，将Ca和Y预热后直接加入熔体中，加入量按质量百分比分别为0.5～1.5％，并用搅拌工具使其混合均匀，继续升温至720～750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸。
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