CN101871067A - 一种锶变质含硅高强镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含铝(Al)、硅(Si)与锶(Sr)的锶变质高强镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。本发明合金的组分及重量百分比为：Al：0-6.0％，Si：0.5-2.0％，Sr：0.01-1.0％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。本发明的制备工艺为：在熔剂或者气体保护下，将含镁锭、铝锭与Si熔化后，加入0.01-1.0％(重量百分比)的工业纯Sr或者含有0.01-1.0％(重量百分比)Sr的Mg-Sr或者Al-Sr中间合金，对合金液精炼后进行铸造。本发明通过在含Si镁合金中加入Sr，来细化合金晶粒尺寸，变质含Si镁合金中Mg2Si强化相，起到组织细化和合金强化的作用。本发明合金在铸态下，抗拉强度σb达到177-221MPa，屈服强度σ0.2达到69-101MPa，延伸率δ达到7.1-8.4％。

Description

一种锶变质含硅高强镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含铝(Al)、硅(Si)与锶(Sr)的锶变质高强镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术
作为目前实际应用中最轻的金属结构材料，镁合金具有许多优良性能，如密度小、比强度和比刚度高以及良好的电磁屏蔽与减震性能，被人们誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”，面对全球性的能源危机和环境污染问题，镁合金在许多工业领域中呈现良好的发展前景。据预测，在汽车工业领域，镁的应用量将平均每年增长15％。
含Si镁合金是一种目前商业应用广泛的耐热镁合金，这是由于形成的Mg2Si强化相具有高溶点(1085℃)、与基相近的低密度(1.99g/cm-3)、高弹性模量及低热膨胀系数等特点。然而，含Mg2Si的合金只能用于冷却速度较快的压铸，而不能用砂铸或金属型铸造。原因是在较慢的冷却速度下Mg2Si强化相会形成粗大的汉字状形貌，从而恶化合金的能.如何细化合金的组织成为解决问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锶变质含硅高强镁合金及其制备方法，克服现有含Si镁合金组织、强化相Mg2Si粗大等缺陷，通过添加合金元素作为细化变质剂来细化含Si镁合金组织，变质合金中的粗大强化相Mg2Si，从而改善含Si镁合金性能，以便扩大含Si镁合金的应用范围。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种锶变质含硅高强镁合金，其组分及重量百分比为：
Al：0-6.0％，Si：0.5-2.0％，Sr：0.01-1.0％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
本发明优选配方(重量百分比)为：
Al：2-3％，Si：0.5-1％，Sr：0.05-0.1％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
本发明的熔炼与铸造工艺如下：
(1)先将纯Mg、纯Al、纯Si在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；将精炼剂以及模具在150-200℃预热30-60分钟；
(2)将纯Mg在CO2与SF6混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720℃时，向熔体中加入预热纯Al、纯Si，以及工业纯Sr或者含Sr中间合金，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750℃加入精炼剂进行精炼，在730-750℃保温20-30分钟后降温至700-730℃；
(3)撇去浮渣后，在CO2与SF6混合气体保护下进行浇铸成型。
所述Sr元素的加入方法是：将工业纯Sr或者含Sr中间合金从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5-10分钟，熔体在730℃-750℃保温20-30分钟后，对合金液精炼后进行铸造。
所述含Sr中间合金为Mg-Sr中间合金形式或者Al-Sr中间合金形式。
所述CO2与SF6混合气体中，SF6体积分数为0.5％。
所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或砂型铸造。
本发明精炼剂采用镁合金熔炼常用的精炼剂(如RJ-2熔剂，加入量占熔体重量的1％)。
本发明的优点及有益效果如下：
1、与现有镁合金相比，本发明具有实质性特点和显著进步，该发明熔炼工艺简单，合金成本低，强度与塑性高。
2、本发明通过在含Si镁合金通过添加工业纯Sr或者Mg-Sr中间合金或者Al-Sr中间合金，来细化合金晶粒尺寸，变质含Si镁合金中Mg2Si强化相，起到组织细化和合金强化的作用。
3、本发明合金在铸态下，抗拉强度σb达到177-221MPa，屈服强度σ0.2达到69-101MPa，延伸率δ达到7.1-8.4％，不需要热处理，即可直接使用。
附图说明
图1是未添加Sr的Mg-3Al-1Si合金的晶粒组织宏观图。
图2是添加Sr后的Mg-3Al-1Si-0.05Sr合金的晶粒组织宏观图。
图3是未添加Sr的Mg-3Al-lSi合金的Mg2Si形貌组织图。
图4是添加Sr后的Mg-3Al-1Si-0.05Sr合金的Mg2Si形貌组织图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
合金成分(重量百分比)为2％Al，0.8％Si，0.1％Sr，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
首先，将纯Mg、纯Al、纯Si在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；将精炼剂在150-200℃预热30-60分钟；然后，将纯Mg在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al、纯Si与Al-10Sr中间合金，所述Sr元素的加入方法是：将工业纯Sr从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用模具在150℃预热50分钟。
本实施例合金的抗拉强度为177.3MPa，屈服强度为70.3MPa，延伸率为8.0％。
实施例2：
合金成分(重量百分比)为3％Al，1％Si，0.05％Sr，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
首先，将纯Mg、纯Al、纯Si在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；将精炼剂在150-200℃预热30-60分钟；然后，将纯Mg在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al、纯Si与Mg-10Sr中间合金，所述Sr元素的加入方法是：将Mg-10Sr中间合金从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下10分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用模具在150℃预热50分钟。
本实施例合金的抗拉强度为187.3MPa，屈服强度为82.9MPa，延伸率为8.4％。
如图1所示，未添加Sr的Mg-3Al-1Si合金的晶粒组织存在的问题是：合金晶粒粗大，边部与心部晶粒尺寸明显不均匀。
如图2所示，添加Sr后的Mg-3Al-1Si-0.05Sr合金的晶粒组织的特点是：合金晶粒明显细化，并且边部与心部分布较均匀。
如图3所示，未添加Sr的Mg-3Al-1Si合金的Mg2Si形貌组织存在的问题是：合金中Mg2Si共晶相聚集分布，且为粗大汉字状，显著恶化合金的强度与塑性。
如图4所示，添加Sr后的Mg-3Al-1Si-0.05Sr合金的Mg2Si形貌组织的特点是：合金中Mg2Si共晶相分布较均匀，同时尺寸明显减小，形貌由粗大汉字状变质为细小的棒状或者块状，对合金性能有明显的强化作用。
实施例3：
合金成分(重量百分比)为5％Al，1％Si，0.5％Sr，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
首先，将纯Mg、纯Al、纯Si在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；将精炼剂在150-200℃预热30-60分钟；然后，将纯Mg在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al、纯Si与纯Sr，所述Sr元素的加入方法是：将Al-10Sr中间合金从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下8分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用石墨模具在150℃预热50分钟。
本实施例合金的抗拉强度为212.5MPa，屈服强度为97.6MPa，延伸率为7.1％。

Claims (7)

1.一种锶变质含硅高强镁合金，其特征在于，其组分及重量百分比为：
Al：0-6.0％，Si：0.5-2.0％，Sr：0.01-1.0％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的锶变质含硅高强镁合金，其特征在于，其优选重量百分比为：
Al：2-3％，Si：0.5-1％，Sr：0.05-0.1％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的锶变质含硅高强镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)先将纯Mg、纯Al、纯Si在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；将精炼剂以及模具在150-200℃预热30-60分钟；
(2)将纯Mg在CO2与SF6混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720℃时，向熔体中加入预热纯Al、纯Si，以及工业纯Sr或者含Sr中间合金，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750℃加入精炼剂进行精炼，在730-750℃保温20-30分钟后降温至700-730℃；
(3)撇去浮渣后，在CO2与SF6混合气体保护下进行浇铸成型。
4.根据权利要求3所述的锶变质含硅高强镁合金的制备方法，其特征在于，所述Sr元素的加入方法是：将工业纯Sr或者含Sr中间合金从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5-10分钟，熔体在730℃-750℃保温20-30分钟后，对合金液精炼后进行铸造。
5.根据权利要求3或4所述的锶变质含硅高强镁合金的制备方法，其特征在于，所述含Sr中间合金为Mg-Sr中间合金形式或者Al-Sr中间合金形式。
6.根据权利要求3所述的锶变质含硅高强镁合金的制备方法，其特征在于，所述CO2与SF6混合气体中，SF6体积分数为0.5％。
7.根据权利要求3所述的锶变质含硅高强镁合金的制备方法，其特征在于，所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或砂型铸造。
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