CN101078077A - 一种耐热变形镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐热变形镁合金，各组分的重量百分比为：Al：2.5～4.5％；Mn：0.2～0.5％、Zn：0.6～1.4％；Ce：0.5～1.5％、Sr：0.01～0.5％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。本发明主要是在现有镁合金熔炼工艺中添加稀土元素铈和金属锶，通过稀土元素铈和金属锶的复合作用，提高其高温力学性能，从而满足更高使用要求。

Description

一种耐热变形镁合金
技术领域
本发明属于镁合金生产技术领域，尤其涉及一种耐热变形镁合金。
背景技术
AZ31合金是目前最常用的商用变形镁合金，这与其可挤压性能高和良好的综合力学性是分不开的，但是AZ31合金具有显著的屈服各向异性和较窄的加工区间，而且其屈服强度低，随着挤压速度的增大，挤压过程中产生的温度也升高，而使得在模具出口处的温度急剧上升，这样会造成挤压终了产品显著的晶粒长大。AZ31合金中的强化相只有Mg17Al12，由于其较低的高温稳定性，在挤压过程中会熔解掉，并不能形成足够的钉扎以阻止晶粒的长大。
对于AZ31合金，其力学性能通常随着温度升高而急剧恶化，故其高温蠕变性能较差，不能在较高的温度工作环境中使用。目前，随着科技的日益发展，要求镁合金不但在常温下具有良好的力学性能，同时还需要其在高温状态下仍然要保持良好的力学性能以及具有较好的高温蠕变性能，才能更适合其在民用工业的大规模应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有AZ31镁合金的高温力学性能较差以及晶粒粗大的问题，提供一种细晶的耐热变形镁合金，以进一步满足对镁合金材料上述性能有更高技术要求的生产。
本发明各组分的重量百分比为：Al：2.5～4.5％；Mn：0.2～0.5％、Zn：0.6～1.4％；Ce：0.5～1.5％、Sr：0.01～0.5％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
本发明的制备方法包括如下步骤：
1、将工业镁锭、铝锭、锌锭投入已准备好的干净的坩埚中加底熔剂熔化，底熔剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，覆盖剂的用量约占炉料质量的0.3～0.5％，整个熔化过程时间控制在2～6h，且镁液最终温度控制在670～690℃；
2、熔化结束后，向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加精炼剂与氯化锰进行精炼，精炼剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，时间控制在45min，温度控制在690～720℃；
3、精炼结束后，镁合金液控制在700～720℃时加入稀土元素铈和金属锶，时间控制在10min，温度控制在700～720℃；
4、结束后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在30min，温度控制在660～680℃；
5、最后在660～680℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为SF6、CO2、N2、SO2、干燥空气混合气体或混合气体保护气氛。
现有所有用于镁合金制备工艺的底熔剂、覆盖剂、精炼剂均可在本发明制备过程中使用。
本发明通过添加稀土元素铈，通过铈和镁形成的耐热相组织，可以有效地钉扎住晶界以及晶内位错运动，成为阻碍位错运动和晶粒变形的重要阻碍，保持了高温下材料有较高的位错，提高了高温下合金的强度。
本发明通过添加稀土元素铈，通过与镁形成化合物，细小弥散分布在基体中，起到强化合金和细化组织的作用。
本发明通过添加稀土元素铈，通过析出相强化和晶界相相互作用使其抗蠕变性能显著提高。同时三价稀土元素提高了电子浓度，可以增强镁合金原子间的结合里，减小了镁在200～300℃的原子扩散速度。
本发明通过添加金属锶，可明显细化显微组织，减少了合金熔体的表面张力，从而有利于合金液的补缩能力。
本发明通过添加金属锶，通过锶的固氢作用减少气体的析出亦可以减少显微缩松，增加铸件的致密度。
本发明通过同时添加稀土元素铈和金属锶，其复合处理能显著细化合金的组织，并对Mg17Al12相产生变质作用，通过对合金组织的细化和对Mg17Al12相的变质有抑制裂纹形成或延缓裂纹扩展的作用。
本发明通过同时添加稀土元素和金属锶，其复合处理显著提高合金的室温力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
将镁锭1128kg、铝锭30kg、锌锭16.8kg投入已准备好的干净的坩埚中加RJ-2底熔剂18kg熔化，过程中撒入RJ-4覆盖剂3.6kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在4h，且镁液最终温度控制在670℃；熔化结束后，向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-6精炼剂30kg与氯化锰13.75kg进行精炼，时间控制在45min，温度控制在690℃；精炼结束后，镁合金液控制在700℃时加入稀土元素铈18kg和金属锶1.2kg，时间控制在10min，温度控制在700℃；结束后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在30min，温度控制在660℃；最后在660℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为CO2保护气氛下浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al：2.5％；Mn：0.5％、Zn：1.4％；Ce：1.5％、Sr：0.1％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
由于在镁液进行静置提渣及之后的沉降除杂质的过程中，可能有部分原料被清除，加上高温氧化的原因，制成的成品率在95～96％之间。因此在取样分析时有可能出现某种成分布符合合金预定的配制要求，这时应根据预定的配方，相应加入某些原料再次熔炼，直至取样分析合格为止。对于以下的实施例均有上述的要求。
实施例2：
将镁锭1126kg、铝锭42kg、锌锭12.0kg投入已准备好的干净的坩埚中加RJ-2底熔剂24kg熔化，过程中撒入RJ-5覆盖剂4.8kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在5h，且镁液最终温度控制在680℃；熔化结束后，向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-5精炼剂24kg与氯化锰9.65kg进行精炼，时间控制在45min，温度控制在705℃；精炼结束后，镁合金液控制在710℃时加入稀土元素铈12kg和金属锶3.6kg，时间控制在10min，温度控制在710℃；结束后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在30min，温度控制在670℃；最后在670℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为SO2保护气氛下浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al：3.5％；Mn：0.35％、Zn：1.0％；Ce：1.0％、Sr：0.3％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
实施例3：
将镁锭1124.5kg、铝锭54kg、锌锭7.2kg投入已准备好的干净的坩埚中加RJ-2底熔剂30kg熔化，过程中撒入RJ-5覆盖剂6.0kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在6h，且镁液最终温度控制在690℃；熔化结束后，向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-4精炼剂18kg与氯化锰5.50kg进行精炼，时间控制在45min，温度控制在720℃；精炼结束后，镁合金液控制在720℃时加入稀土元素铈6kg和金属锶6.0kg，时间控制在10min，温度控制在720℃；结束后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在30min，温度控制在680℃；最后在680℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为N2保护气氛下浇注。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al：4.5％；Mn：0.20％、Zn：0.6％；Ce：0.5％、Sr：0.5％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。

Claims (4)

1、一种耐热变形镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为：Al：2.5～4.5％；Mn：0.2～0.5％、Zn：0.6～1.4％；Ce：0.5～1.5％、Sr：0.01～0.5％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
2、如权利要求1所述的耐热变形镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为：Al：2.5％；Mn：0.5％、Zn：1.4％；Ce：1.5％、Sr：0.1％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
3、如权利要求1所述的耐热变形镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为：Al：3.5％；Mn：0.35％、Zn：1.0％；Ce：1.0％、Sr：0.3％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
4、如权利要求1所述的耐热变形镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为：Al：4.5％；Mn：0.20％、Zn：0.6％；Ce：0.5％、Sr：0.5％、Si：≤0.05％、Fe：≤0.004％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％，余量为Mg。
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Patentee before: Nanjing Yunhai Special Metals Co., Ltd.