CN101195886A

CN101195886A - 含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法

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Publication number: CN101195886A
Application number: CNA2007101798767A
Authority: CN
Inventors: 张奎; 李兴刚; 邹京滨; 宋薇; 米绪军; 熊柏青; 林森; 左宏卿; 李永军
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: CN100557054C

Abstract

一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法，是在AZ91D、AM50B或AM60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁合金中Si含量为0.1～2.0重量％、C含量为0.04～0.86重量％，所述的碳化硅是耐火材料或者磨料用的碳化硅颗粒。该方法包括：第一步，将碳化硅预热到100℃～700℃；第二步，将传统的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化，按照所要得到的镁合金中Si、C％的含量，计算碳化硅的加入量，将预热后的碳化硅加入AZ91D、AM50B或AM60B熔液中，生成含Si和C的镁合金熔液，再压铸成镁合金零部件。该镁合金在120℃～200℃的抗蠕变性能大幅度提高，可以满足该镁合金在油底壳、发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱等重要部件上的应用。

Description

含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金由于具有较小的密度(是实用结构金属中密度最小的一种)使其在许多场合具有十分显著的优势。特别是在航空、航天、以及汽车、摩托车、高速/轻轨列车等交通工具轻量化方面具有难以替代的优势。构件的密度小可以节省能源，在高速运动的场合还具有惯性小的优势，这对于交通工具的启动和制动具有显著作用。

传统的镁合金如AZ91D、AM50B、AM60B等获得了广泛的应用，其中，AZ91D的名义成分为：Al-9、Zn-1、Mn-0.3(即Al 9重量％、Zn1重量％、Mn 0.3重量％、余量为Mg)；AM50B的名义成分为：Al-5、Mn-0.4(即Al 5重量％、Mn 0.4重量％、余量为Mg)；AM60B的名义成分为：Al-6、Mn-0.4(即Al 6重量％、Mn 0.4重量％、余量为Mg)。这些镁合金依然是目前应用量最大的几种镁合金。这类镁合金的突出特点是具有优异的压铸工艺性能，这是它们获得广泛应用的主要原因之一。但是这些合金都具有一个缺点，就是在120℃以上温度的抗蠕变性能特别低。另一方面，现有的抗蠕变、耐热镁合金，例如EQ21、QE22、WE43、WE54等，由于这些合金中含有大量的稀土元素、稀有金属锆或贵金属银，比如EQ21合金中，含稀土1.3～3.0重量％、含银1.3～1.7重量％、含锆0.4～1.0重量％，该合金的成本是AZ91D的4倍以上；再如WE43合金中，含稀土2.4～4.4重量％、含钇3.7～4.3重量％、含锆0.4～1.0重量％，该合金的成本是AZ91D的2倍以上。制约着镁合金在发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱、齿轮室盖、油底壳等重要部件上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供低成本含Si和C的抗蠕变镁合金，该抗蠕变镁合金成本比AZ91D、AM50B、AM60B等有少量增加、压铸工艺性能基本保持不降低，在120℃～200℃的抗蠕变性能大幅度提高，可以满足该镁合金在发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱、齿轮室盖、油底壳等重要部件上的应用。

本发明的另一个目的是提供一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合金零部件的制备方法。

本发明的再一个目的是提供一种用于制备含Si和C的抗蠕变镁合金所使用的碳化硅。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种含Si和C的抗蠕变镁合金，该镁合金是在AZ91D、AM50B或AM60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁合金中Si含量为0.1～2.0重量％、C含量为0.04～0.86重量％。上述的AZ91D名义成分为：Al-9、Zn-1、Mn-0.3(即Al 9重量％、Zn 1重量％、Mn 0.3重量％、余量为Mg)、AM50B名义成分为：Al-5、Mn-0.4(即Al 5重量％、Mn 0.4重量％、余量为Mg)、AM60B名义成分为：Al-6、Mn-0.4(即Al 6重量％、Mn 0.4重量％、余量为Mg)。

制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，该方法包括下述过程：

第一步，将碳化硅预热到100℃～700℃；

第二步，将传统的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化，并将熔液温度控制在650℃～800℃，按照所要得到的镁合金中Si 0.1～2.0重量％的含量、C 0.04～0.86重量％的含量，计算碳化硅的加入量，将预热后的碳化硅加入AZ91D、AM50B或AM60B熔液中，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌1～30分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅完全熔化后，生成含Si和C的镁合金熔液，将熔液温度控制在660℃～780℃，再压铸成镁合金零部件。

在所述的第二步过程中，所述的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化是在与压铸机配套的镁合金熔化炉中进行的。

在制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法中，需要连续生产，就要不断地向含Si和C的镁合金熔液中补充AZ91D、AM50B或AM60B镁合金，和预热后的碳化硅。在连续生产含Si和C的抗蠕变镁合金及其压铸件过程中，根据重熔AZ91D、AM50B或AM60B镁合金铸锭重量规格、以及AZ91D、AM50B或AM60B镁合金中所需要添加的碳化硅重量，用定量容器将预热后的碳化硅分成若干等份，其中，每份碳化硅的重量为每块重熔铸锭中需加入的碳化硅的重量，并且每加入1块重熔铸锭就同时用定量容器加入1份预热后的碳化硅，一起加入含Si和C的镁合金熔液中，如此反复，直至压铸生产结束。

本发明低成本抗蠕变镁合金制备方法是以传统的镁合金如AZ91D、AM50B、AM60B为基本合金，采取在压铸生产时，向AZ91D或AM50B或AM60B熔液中添加适量的碳化硅颗粒，其中碳化硅耐火材料或者磨料用的碳化硅颗粒。所述的碳化硅颗粒尺寸为0.2mm～20mm。

本发明的优点是：采用本发明方法制备的含Si和C的抗蠕变镁合金，其成本比AZ91D、AM50B、AM60B等只有少量增加，大约增加0.2％～5％；压铸工艺性能基本与原镁合金相当，满足压铸工艺要求；在150℃～175℃的抗蠕变性能大幅度提高，比如对于AZ91D+1.0％Si+0.43％C(即Si 1.0重量％、C 0.43重量％、余量为AZ91D)含Si和C的镁合金，在150℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D的12～17MPa，提高到35～50MPa，可以满足该镁合金在齿轮室盖、油底壳等重要部件上的应用。

具体实施方式

实施例1：压铸生产用AZ91D+0.1％Si+0.04％C(即Si 0.1重量％、C 0.04重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法

(1)、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸为0.2mm～2mm，将碳化硅颗粒预热到120℃～260℃；

(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在660℃～700℃，向熔液中加入210克在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为0.2mm～2mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌1～5分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D+0.1％Si+0.04％C镁合金熔液，将熔液温度控制在670℃～710℃，可以进行压铸生产；

(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭，就同时用定量容器加入11克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至压铸生产结束。

该AZ91D+0.1％Si+0.04％C镁合金成本比AZ91D大约增加0.2％，压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在120℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D的14～17MPa，提高到27～32MPa，可以满足该镁合金在1.0升以下的小排量发动机油底壳上的应用。

实施例2：压铸生产用AZ91D+2.0％Si+0.86％C(即Si 2.0重量％、C 0.86重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法

(1)、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸为2mm～20mm，将碳化硅颗粒预热到300℃～680℃；

(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在750℃～790℃，向熔液中加入4.3公斤在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为2mm～20mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌10～30分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D+2.0％Si+0.86％C镁合金熔液，将熔液温度控制在720℃～770℃，可以进行压铸生产；

(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭，就同时用定量容器加入214克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至压铸生产结束。

该AZ91D+2.0％Si+0.86％C镁合金成本比AZ91D大约增加5％，压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在200℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D的5～7MPa，提高到25～30MPa，可以满足该镁合金在1.0～1.6升排量发动机缸体的应用。

实施例3：压铸生产用AZ91D+1.0％Si+0.43％C(即Si 1.0重量％、C 0.43重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法

(1)、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸为1mm～10mm，将碳化硅颗粒预热到150℃～460℃；

(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在690℃～730℃，向熔液中加入2.15公斤在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为1mm～10mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5～20分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D+1.0％Si+0.43％C镁合金熔液，将熔液温度控制在680℃～730℃，可以进行压铸生产；

(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭，就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至压铸生产结束。

该AZ91D+1.0％Si+0.43％C镁合金成本比AZ91D大约增加2.5％，压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在150℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D的9～11MPa，提高到32～35MPa，可以满足该镁合金在轿车自动变速箱的应用。

实施例4：压铸生产用AM60B+1.0％Si+0.43％C(即Si 1.0重量％、C 0.43重量％、余量为AM60B)镁合金熔炼方法

(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的AM60B镁合金熔化，并将熔液温度控制在710℃～750℃，向熔液中加入2.15公斤在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为1mm～10mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5～20分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格，生成的熔液就是AM60B+1.0％Si+0.43％C镁合金熔液，将熔液温度控制在680℃～730℃，可以进行压铸生产；

(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AM60B和在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7.5kg规格的AM60B重熔铸锭，就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至压铸生产结束。

该AM60B+1.0％Si+0.43％C镁合金成本比AM60B大约增加2.5％，压铸工艺性能基本与AM60B相当，满足压铸工艺要求；在175℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AM60B的7～9MPa，提高到32～35MPa，可以满足该镁合金在摩托车曲轴箱的应用。

实施例5：压铸生产用AM50B+1.0％Si+0.43％C(即Si 1.0重量％、C 0.43重量％、余量为AM50B)镁合金熔炼方法

(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的AM50B镁合金熔化，并将熔液温度控制在720℃～760℃，向熔液中加入2.15公斤在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为1mm～10mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5～20分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格，生成的熔液就是AM50B+1.0％Si+0.43％C镁合金熔液，将熔液温度控制在680℃～730℃，可以进行压铸生产；

(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AM50B和在160～260℃预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7.5kg规格的AM50B重熔铸锭，就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至压铸生产结束。

该AM50B+2.0％富铈混合稀土镁合金成本比AM50B大约增加2.5％，压铸工艺性能基本与AM50B相当，满足压铸工艺要求；在175℃、100小时持久载荷作用下产生0.1％蠕变变形时的抗蠕变强度，由AM50B的6.5～8.5MPa，提高到31～34MPa，可以满足该镁合金在较小排量摩托车曲轴箱的应用。

Claims

1.一种含Si和C的抗蠕变镁合金，其特征在于：该镁合金是在AZ91D、AM50B或AM60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁合金中Si含量为0.1～2.0重量％、C含量为0.04～0.86重量％。

2.制备权利要求1所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其特征在于：该方法包括下述过程：

第一步，将碳化硅预热到100℃～700℃；

第二步，将传统的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化，按照所要得到的镁合金中Si 0.1～2.0重量％的含量、C 0.04～0.86重量％的含量，计算碳化硅的加入量，将预热后的碳化硅加入AZ91D、AM50B或AM60B熔液中，生成含Si和C的镁合金熔液，再压铸成镁合金零部件。

3.根据权利要求2所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其特征在于：在所述的第二步过程中，所述的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化是在与压铸机配套的镁合金熔化炉中进行的。

4.根据权利要求3所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其特征在于：在连续生产含Si和C的抗蠕变镁合金及其压铸件过程中，根据重熔AZ91D、AM50B或AM60B镁合金铸锭重量规格、以及AZ91D、AM50B或AM60B镁合金中所需要添加的碳化硅重量，用定量容器将预热后的碳化硅分成若干等份，其中，每份碳化硅的重量为每块重熔铸锭中需加入的碳化硅的重量，并且每加入1块重熔铸锭就同时用定量容器加入1份预热后的碳化硅，一起加入含Si和C的镁合金熔液中，如此反复，直至压铸生产结束。

5.一种用于制备权利要求1所述的含Si和C的抗蠕变镁合金所使用的碳化硅，其特征在于：该碳化硅是耐火材料或者磨料用的碳化硅颗粒。

6.根据权利要求5所述的碳化硅颗粒，其特征在于：所述的碳化硅颗粒尺寸为0.2mm～20mm。