CN102358929B - 一种耐热镁锡银合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐热镁锡银合金及其制备方法，属于金属结构材料及制备技术领域，该镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰四种元素或由镁、锡、银、锰和锌五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：锡(Sn)：6～7％、银(Ag)：1～2％、锰(Mn)：0.2～0.5％、锌(Zn)：0～1.0％，其余为镁(Mg)。该制备方法包括在坩埚中依次放入各组分，加热，搅拌，静置成合金液体，浇注到冷模具中形成镁锡银合金坯料；再在空气气氛下加热，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；最后在空气气氛下进行时效热处理，冷水淬火得到耐热镁锡银合金。本发明合金元素含量较少，且熔炼工艺简单，200℃下时效峰值可达到84HV以上，时效700小时硬度仍保持在77HV以上，高温组织稳定，具备商用潜力。
Description
技术领域
本发明属于金属结构材料及制备技术领域，特别是一种时效强化的新型耐热镁锡银合金及其熔炼和热处理工艺。
背景技术
镁合金是一种最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优良的阻尼性能和电磁屏蔽性能，因而在航空航天、交通运输、电子产品等领域都有广泛的应用。高性能镁合金的研制是近年来各国金属材料领域的热点。目前最常用的商用镁合金是镁铝系，例如AZ91，但是由于该合金在高温时热力学组织不稳定，因此只能用在低于150℃的场合，不能满足许多工况的要求。改善和替代镁铝合金主要分为以下几个方面：一是在镁铝系合金中添加稀土元素；或者采用镁-稀土系。在镁铝系中添加稀土元素虽对性能有一定的改善，但距离实际应用仍有一定的差距；镁-稀土系合金中一般添加的稀土元素含量在5％以上，添加稀土量较多，较高的成本制约了其在民用产品领域的普及。
近年来人们开始开发镁锡系合金，镁锡二元合金的共晶温度为561℃，而且其起强化作用的主要沉淀相Mg2Sn熔点为770.5℃，这些都明显高于镁铝系合金中对应的温度，显示其具有良好的高温应用潜力。但由于二元镁锡合金的时效强化效果不佳，人们开始通过在二元镁锡合金中添加其他微合金元素来改善时效强化效果。具有代表性的微合金元素有Na、Zn。但由于Na的活泼性太高，工业生产无法实现。添加Na或者Zn的镁锡合金在200℃时效峰值也仅仅在75HV左右。张敏等人在中国专利“一种镁合金及其制备方法”(专利号为ZL200610169819.6)中，公开的镁锡锰合金中除镁以外的合金元素含量高达10％-15％，合金元素含量高，不利于合金的轻质化，而且时效峰值也只有75HV。石章智等人在专利“一种镁锡基合金及其制备方法”(专利号为ZL200610169819.6)中，公开的微合金元素Zn和Ag可将镁锡锰合金的时效峰值提高至80HV。但该合金中主要的微合金元素Zn的加入量在2％以上甚至达到3％，同时须加入少量的Ag，微合金元素含量较高，且合金经过200℃时效55h硬度即下降至70HV，热力学稳定性尚有待于提高。
发明内容
本发明的目的是为克服已有合金特别是镁锡合金时效峰值不够高和热稳定性不够好的缺点，提供一种耐热镁锡银合金及其制备方法，通过改良成分及热处理工艺，使其具有时效强化效果明显，添加合金元素量少，同时过时效缓慢，组织热稳定性较好的特点。
本发明提供的一种耐热镁锡银合金，其特征在于，该镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰四种元素或由镁、锡、银、锰和锌五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：
锡(Sn)：6～7％
银(Ag)：1～2％
锰(Mn)：0.2～0.5％
锌(Zn)：0～1.0％
其余为镁(Mg)。
本发明提供的上述耐热镁锡银合金的制备方法，包括熔炼，均匀化热处理，时效热处理；具体包括以下步骤：
步骤一：熔炼
按下列组分原料及质量百分比含量配料：6～7％锡，1～2％银，0.2～0.5％锰，0～1％锌，其余为镁；原料中各组分的纯度均超过99.99％，在坩埚中依次放入镁、锡、锌、镁锰中间合金(锰含量在2％以上)、银，加热至730～750℃，搅拌8-15分钟，静置7-10分钟成合金液体，将合金液体浇注到铸造用冷模具中形成镁锡银合金坯料；
步骤二：均匀化热处理
将镁锡银合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，加热温度为490-510℃，保温时间为30-48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；
步骤三：时效热处理
将均匀化的镁锡银合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，加热温度为180-220℃，保温时间为90～120小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡银合金。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明的镁锡银合金具备高温高强应用的潜力，200℃时效峰值达到84HV以上，高于目前报导的其他系列的镁锡基合金。
2、本发明所制备的镁锡银合金，具备良好的热稳定性，在200℃进行700h的时效硬度仍具有77HV，高于目前报导的其他系列的镁锡基合金。
3、本发明提出的这种镁锡合金的特征在于合金元素添加量较少，其中锡的含量控制在7％以内，主要微合金元素银控制在2％以内，其余合金元素均为较便宜的非稀土元素，合金元素总量不超过10％，有利于合金的轻质化和商业应用。
4、本发明的镁锡银合金可以通过常规电阻炉进行热处理，热处理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。
具体实施方式
通过如下实施例对本发明提供一种高温性能稳定且时效性能好的镁锡银合金做进一步说明：
实施例1：镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰和锌五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：
锡(Sn)：6％
银(Ag)：1.5％
锰(Mn)：0.5％
锌(Zn)：0.5％
其余为镁(Mg)。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一：熔炼
(1)按下列组分原料及质量百分比含量配料：6％锡，1.5％银，0.5％锰，0.5％锌，其余为镁坯料；其中锰按照含锰量超过2％镁锰中间合金的方式加入，其余原料为纯元素，各种原料的纯度均为99.99％。然后将配制好的配料放在烘箱中预热至150℃，同时将占所制备镁锡银合金总重量2％的RJ-2覆盖剂放入烘箱中烘烤；将浇铸用模具在另外的箱式炉中预热至300℃；
(2)加热坩埚至300℃时，在坩埚底部加入1/2左右的已烘烤的覆盖剂，再将预热好的镁坯料放入坩埚内；
(3)当镁坯料熔化并且坩埚温度稳定在750℃后，根据熔点由高到低依次加入预热的其余各种配料，然后熔体进行搅拌约8分钟；此过程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆盖剂，以表面不燃为准；
(4)坩埚温度稳定在750℃后，熔体静置10分钟，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下掏渣；
(5)掏渣完毕后，维持坩埚温度稳定在750℃，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下浇铸成镁锡银合金坯料；
步骤二：均匀化热处理
将镁锡银合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，加热温度为500℃，保温时间为35小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；
步骤三：时效热处理
将均匀化的镁锡银合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，时效过程中使用的温度为200℃，保温时间为100小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡银合金。
实施例2：镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰四种元素组成；各组分含量的质量百分比为：
锡(Sn)：7％
银(Ag)：2％
锰(Mn)：0.4％
其余为镁(Mg)。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一：熔炼
(1)按下列组分及质量百分比含量配料：7％锡，2％银，0.4％锰，其余为镁；其中锰按照含锰量超过2％的镁锰中间合金的方式加入，其余原料为纯元素，原料的纯度均为99.99％。然后将配制好的配料放在烘箱中预热至150℃，同时将占所制备镁锡银合金总重量2wt％的RJ-2覆盖剂放入烘箱中烘烤；将浇铸用模具在另外的箱式炉中预热至300℃；
(2)加热坩埚至300℃时，在坩埚底部加入1/2左右的已烘烤的覆盖剂，再后将预热好的镁坯料放入坩埚内；
(3)当纯镁熔化并且坩埚温度稳定在740℃后，根据熔点由高到低依次加入预热的其它各种配料，然后熔体进行搅拌约12分钟；此过程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆盖剂，以表面不燃为准；
(4)坩埚温度稳定在740℃后，熔体静置8分钟，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下掏渣；
(5)掏渣完毕后，维持坩埚温度稳定在740℃，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下浇铸成镁锡银合金坯料；
步骤二：均匀化热处理
将镁锡银合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，加热温度为490℃，保温时间为48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；
步骤三：时效热处理
将均匀化的镁锡银合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，时效过程中使用的温度为180℃，保温时间为120小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡银合金。
实施例3：镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰和锌五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：
锡(Sn)：6.5％
银(Ag)：1％
锰(Mn)：0.2％
锌(Zn)：1％
其余为镁(Mg)。
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一：熔炼
(1)按下列组分及质量百分比含量配料：6.5％锡，1％银，0.2％锰1％锌，其余为镁；其中锰按照含锰量超过2％镁锰中间合金的方式加入，其余原料为纯元素，原料的纯度均为99.99％。然后将配制好的配料放在烘箱中预热至150℃，同时将占所制备镁锡银合金总重量2wt％的RJ-2覆盖剂放入烘箱中烘烤；将浇铸用模具在另外的箱式炉中预热至300℃；
(2)加热坩埚至300℃时，在坩埚底部加入1/2左右的已烘烤的覆盖剂，再后将预热好的镁坯料放入坩埚内；
(3)当纯镁熔化并且坩埚温度稳定在730℃后，根据熔点由高到低依次加入预热的其它各种配料，然后熔体进行搅拌约15分钟；此过程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆盖剂，以表面不燃为准；
(4)坩埚温度稳定在730℃后，熔体静置7分钟，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下掏渣；
(5)掏渣完毕后，维持坩埚温度稳定在730℃，按体积百分比，在99.5％空气(或CO2)+1％SF6混合气体保护下浇铸成镁锡银合金坯料；
步骤二：均匀化热处理
将镁锡银合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，加热温度为510℃，保温时间为30小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；
步骤三：时效热处理
将均匀化的镁锡银合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，时效过程中使用的温度为220℃，保温时间为90小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡银合金。
经过以上实施例得到的镁锡银合金，合金元素总含量控制在10％以内，200℃时效硬化峰值的硬度达到84HV以上，在200℃下时效700h后，硬度仍具有77HV，远高于同类的其它镁锡基合金。
Claims (1)
1.一种耐热镁锡银合金，其特征在于，该镁锡银合金的组分由镁、锡、银、锰四种元素或由镁、锡、锌、锰和银五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：
锡(Sn)：6～7％
银(Ag)：1～2％
锰(Mn)：0.2～0.5％
锌(Zn)：0～1％
其余为镁(Mg)；
所述耐热镁锡银合金的制备方法，包括熔炼，均匀化热处理，时效热处理；具体包括以下步骤：
步骤一：熔炼
按下列组分及质量百分比含量配料：6～7％锡，1～2％银，0.2～0.5％锰，0～1％锌，其余为镁；原料中各组分的纯度均超过99.99％，在坩埚中依次放入镁、锡、锌、锰含量为2％以上的镁锰中间合金、银，加热至730～750℃，搅拌8-15分钟，静置7-10分钟成合金液体，将合金液体浇注到铸造用冷模具中形成镁锡银合金坯料；
步骤二：均匀化热处理
将镁锡银合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，加热温度为490-510℃，保温时间为30-48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡银合金；
步骤三：时效热处理
将均匀化的镁锡银合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，加热温度为180-220℃，保温时间为90～120小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡银合金。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20130403 Termination date: 20161019 |
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