CN102747260A - Sm、Nd和Y复合增强镁合金及其熔铸工艺 - Google Patents

Abstract

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金及其熔铸工艺，按重量百分比计，其合金的组分为：Zn6.0~9.0%，Al2.0~6.0%，Sm0.3~1.0%，Nd0.1~1.0%，Y0.1~1.0%，其余为Mg；熔铸工艺的步骤为：将工业纯镁加入坩埚中，500℃-510℃开始通入氩气，镁完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Zn，Al，Sm，Nd，Y，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃-730℃，加入六氯乙烷对合金液进行精炼5-10分钟，升温至750℃-755℃后静置20-25分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行金属型铸造。

Description

Sm、Nd和Y复合增强镁合金及其熔铸工艺

技术领域

本发明涉及的是镁基合金及其熔铸的工艺。

背景技术

随着全球范围内的能源紧缺以及各国政府对环境保护的日益重视，汽车(尤其是轿车)的轻量化已成为世界范围内汽车工业发展的必然趋势。镁合金在汽车减重、性能改善和环保中的作用日益得到工业界重视。现有牌号的镁合金力学性能差的弱点，限制了镁合金的应用范围。压铸成型方法是提高镁合金力学性能的有效方法，但普通压铸成型件无法进行热处理，力学性能提高幅度小。真空压铸件可进行热处理，但需增加抽真空设备，模具制备成本高，使用范围受到限制。半固态压铸成型件可进行后续的热处理，从而进一步提高合金的力学性能。目前，半固态成型合金应用中的关键问题：（1）以AZ91为代表，热处理强化作用差，无法发挥半固态压铸成型后可热处理强化的优势。（2）以AM60为代表，半固态浆料的非枝晶组织粗大，平均颗粒直径大于150μm，不符合半固态成型对平均颗粒直径要求小于100μm的条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种Sm、Nd和Y复合增强镁合金及其熔铸工艺。

本发明是Sm、Nd和Y复合增强镁合金及其熔铸工艺，Sm、Nd和Y复合增强镁基合金，按重量百分比计，其组分为：Zn 6.0~9.0%， Al 2.0~6.0%，Sm 0.3~1.0%，Nd 0.1~1.0%，Y0.1~1.0%，杂质元素：Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金的熔铸工艺，其步骤为：

（1）将工业纯镁加入到刷过涂料的烘干的坩埚中，在500~510℃开始通入氩气；

（2）待镁完全熔化后，在680～700℃加入合金元素Zn，Al， Sm，Nd，Y；

（3）待上述合金元素全部溶解后，进行搅拌，使其混合均匀；

（4）继续升高温度至710~730℃，加入六氯乙烷，对合金液进行精炼5-10分钟，升温至750~755℃后静置20~25分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行金属型铸造。

本发明克服了目前常用于半固态压铸成型的镁合金热处理强化作用差及平均颗粒直径大的问题，以6.0-9.0％Zn及2.0-6.0％Al作为基本成分，赋予合金以必要的强度与铸造性能，加入0.3-1.0%Sm，以提高合金的热处理强化作用，加入0.1-1.0%Nd及0.1-1.0%Y，一方面是为了利用稀土元素趋于晶界富集的特性细化晶粒，提高铸态力学性能，另一方面是为了克服球状非枝晶组织在半固态保温制浆过程中的快速长大问题。

与现有技术相比，本发明合金较不加入Sm、Nd和Y的Mg-Zn-Al合金微观组织明显细化。与Mg-7Zn-4Al合金对比，加入Sm、Nd和Y后（Mg-7Zn-4Al-0.5Sm-0.3Nd-0.6Y）晶粒尺寸由150um锐减为62um(金属型铸造)，合金的室温抗拉强度220Mpa、屈服强度106MPa、延伸率为8%。在580℃保温30分钟，Mg-7Zn-4Al合金的非枝晶组织平均颗粒直径为110μm，Mg-7Zn-4Al-0.5Sm-0.3Nd-0.6Y合金在580℃保温30分钟后水淬，其非枝晶组织平均颗粒直径为56μm。

具体实施方式

本发明是Sm、Nd和Y复合增强镁合金及其熔铸工艺，Sm,Nd和Y复合增强镁基合金，按重量百分比计，其组分为：Zn 6.0~9.0%， Al 2.0~6.0%，Sm 0.3~1.0%，Nd 0.1~1.0%，Y0.1~1.0%，杂质元素：Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金的熔铸工艺，其步骤为：

（1）将工业纯镁加入到刷过涂料的烘干的坩埚中，在500~510℃开始通入氩气；

（2）待镁完全熔化后，在680～700℃加入合金元素Zn，Al， Sm，Nd，Y；

（3）待上述合金元素全部溶解后，进行搅拌，使其混合均匀；

（4）继续升高温度至710~730℃，加入六氯乙烷，对合金液进行精炼5-10分钟，升温至750~755℃后静置20~25分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行金属型铸造。

Zn是以工业纯Zn的形式加入，Al是以工业纯铝的形式加入，Sm、Nd及Y是以镁基中间合金的形式加入。

实施例1：

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金成分，按重量百分比计，其组分为9.0%Zn、2.0%Al、1.0%Sm、0.1%Nd、0.1%Y、杂质元素Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

其熔铸工艺的步骤为：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁8.4公斤，500℃开始通入氩气，合金完全熔化后，在680℃先后加入工业纯铝0.2Kg、工业纯锌0.9Kg，Mg-25%Sm中间合金0.4Kg、Mg-20%Nd中间合金0.05Kg，Mg-20%Y中间合金0.05Kg待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃，加入六氯乙烷0.4Kg对合金液进行精炼10分钟，精炼好的镁液呈银白色镜面，镁液不粘搅拌工具。然后升温至750℃保温静置25分钟，捞去表面浮渣后即可用浇包进行金属型浇铸。

本发明合金的常温抗拉强度和延伸率分别达到245MPa， 7.5%。使用此合金加工成Ф12mm×10mm坯料，580℃保温30分钟后水淬，其非枝晶组织平均颗粒直径为71μm。

实施例2：

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金成分，按重量百分比计，其组分为：7.0% Zn、4.0%Al、0.6% Sm、0.5%Nd、0.5%Y，杂质元素Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

其熔铸工艺的步骤为：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁8.16公斤，505℃开始通入氩气，合金完全熔化后，在690℃先后加入工业纯铝0.4Kg、工业纯锌0.7Kg，Mg-25%Sm中间合金0.24Kg、Mg-20%Nd中间合金0.25Kg，Mg-20%Y中间合金0.25Kg待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至720℃，加入六氯乙烷0.4Kg对合金液进行精炼8分钟，精炼好的镁液呈银白色镜面，镁液不粘搅拌工具。然后升温至750℃然后保温静置23分钟，捞去表面浮渣后即可用浇包进行金属型浇铸。

本发明合金的常温抗拉强度和延伸率分别达到235MPa， 8.5%。使用此合金加工成Ф12mm×10mm坯料，580℃保温30分钟后水淬，其非枝晶组织平均颗粒直径为58μm。

实施例3：

Sm、Nd和Y复合增强镁基合金成分，按重量百分比计，其组分为：6.0%Zn、6.0%Al、0.3%Sm、1.0%Nd、1.0%Y, 杂质元素Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

其熔铸工艺的步骤为：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁7.68公斤，510℃开始通入氩气，合金完全熔化后，在700℃先后加入工业纯铝0.6Kg、工业纯锌0.6Kg，Mg-25%Sm中间合金0.12Kg、Mg-20%Nd中间合金0.5Kg，Mg-20%Y中间合金0.5Kg待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至730℃，加入六氯乙烷0.4Kg对合金液进行精炼5分钟，精炼好的镁液呈银白色镜面，镁液不粘搅拌工具。然后升温至755℃保温静置20分钟，捞去表面浮渣后即可用浇包进行金属型浇铸。

本发明合金的常温抗拉强度和延伸率分别达到205MPa，7.5%。使用此合金加工成Ф12mm×10mm坯料，580℃保温30分钟后水淬，其非枝晶组织平均颗粒直径为45μm。

Claims (3)

1.Sm、Nd和Y复合增强镁基合金，按重量百分比计，其组分为：Zn 6.0~9.0%， Al 2.0~6.0%，Sm 0.3~1.0%，Nd 0.1~1.0%，Y0.1~1.0%，杂质元素：Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。

2.Sm、Nd和Y复合增强镁基合金的熔铸工艺，其步骤为：

（1）将工业纯镁加入坩埚中，在500~510℃开始通入氩气；

（2）待镁完全熔化后，在680～700℃加入合金元素Zn，Al， Sm，Nd，Y；

（3）待上述合金元素全部溶解后，进行搅拌，使其混合均匀；

（4）继续升高温度至710~730℃，加入六氯乙烷，对合金液进行精炼5-10分钟，升温至750~755℃后静置20~25分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行金属型铸造。

3.根据权利要求2所述的Sm、Nd和Y复合增强镁基合金的熔铸工艺，其特征在于Zn以工业纯Zn的形式加入，Al以工业纯铝的形式加入，Sm、Nd及Y以镁基中间合金的形式加入。