CN102994836B - 一种高伸长率的强韧镁合金 - Google Patents

一种高伸长率的强韧镁合金 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高伸长率的强韧镁合金，属于镁合金领域。所述镁合金由Mg、Al、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Mn0.1-2％、稀土0.0002-16％、Nb0.0002-4％、Co0.0002-2％，其余为Mg。本发明通过在MgAlMn系镁合金中添加稀土元素、Nb元素，特别是Co元素，提高了镁合金的塑性，得到了一种具有优良机械加工性、流动性、塑性良好的强韧镁合金。本发明铸件经T6热处理后，试样伸长率可达20％。

Description

一种高伸长率的强韧镁合金
技术领域
本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种MgAlMn系高塑性的镁合金。
背景技术
随着科技的发展，以汽车为代表的交通工具需要通过减轻车身的重量，来进一步研发燃料利用率更高的新产品。在汽车制造业中，镁合金作为一种新型的轻质金属材料，被汽车制造厂家用来替代传统的铸铁，以实现减轻车身重量的目的。
目前，国产MgAlMn系压铸镁合金牌号有YM202、YM203、YM204、YM205；美国标准ASTM B的MgAlMn系压铸镁合金牌号有AM50A、AM60A、AM60B；日本标准JIS H的MgAlMn系压铸镁合金牌号有MDC2B、MDC4、MDC5；欧洲标准EN的MgAlMn系压铸镁合金牌号有EN-MC21210、EN-MC21220、EN-MC21230。这些牌号的合金流动性、力学性能、压铸性能都十分优良，被广泛用于金属型铸造、精密铸造、低压铸造、压铸、半固态铸造、砂型铸造等铸造形式，最常用的是用来低压铸造或压铸汽车、摩托车轮毂零件，其伸长率可达8-10％。另外，MgAlMn系镁合金也能用于变形镁合金方向。
在实现本发明的过程中发明人发现现有技术至少存在以下问题：用于制造交通工具上轮毂零件的镁合金，除了要求具有良好的抗拉强度外，更希望其具有良好的伸长率，伸长率是衡量金属材料塑性的指标，是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力，伸长率越高，表明金属材料的塑性越好。铸件的伸长率越高，表明其塑性越好，意味着汽车的安全性好。
因而，本领域急需一种力学性能优良、能适用于铸造和轧制变形的镁合金。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种高伸长率的强韧铸造镁合金。所述技术方案如下：
一种高伸长率的强韧镁合金，所述镁合金由Mg、Al、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Mn0.1-2％、稀土0.0002-16％、Nb0.0002-4％、Co0.0002-2％，其余为Mg，所述Nb通过AlNb中间合金或NbAl中间合金的形式加入所述镁合金，所述Co通过AlCo中间合金的形式加入所述镁合金。
其中，所述稀土为Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一种。
优选，所述稀土为Gd或Gd与Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一种。
优选，其重量百分组成为Al1.6-6.5％、Mn0.13-0.7％、Gd0.1-2％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
更有选，其重量百分组成为Al4.4-6.5％、Mn0.2-0.6％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.2-0.9％，其余为Mg。
最优选，其重量百分组成为Al5％、Mn0.4％、Gd0.5％、Nb0.3％、Co0.6％，其余为Mg。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明通过在MgAlMn系镁合金中添加稀土元素、Nb元素，特别是Co元素，能提高了镁合金的塑性(伸长率)，得到了一种具有优良机械加工性、流动性、抗拉强度良好的强韧镁合金。Nb元素加入，还能提高镁合金的热稳定性。本发明铸件经T6热处理后，试样伸长率可达20％。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供的镁合金的制作工艺、热处理方法说明如下：
1、本发明实施例提供的镁合金可通过以下三种熔炼工艺制作：
工艺一：按照本发明实施例提供的镁合金组成和含量计算并准备好所需量的原材料，在电阻炉中加入镁锭、铝锭、MgMn中间合金、AlNb中间合金或NbAl中间合金、AlCo中间合金，给所用电阻炉升温，当加入的上述金属快熔化时采用气体保护或者镁合金覆盖剂保护。升温到720℃-780℃时加入MgRE中间合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中间合金，并搅拌，在720℃-780℃静置保温30分钟，得合金液。用所得合金液浇一小块样品，检测其熔炼质量，如：按照气体含量检查方法进行气体含量检查，如果质量较差，需进行精炼处理；如果质量合格，将所述合金液调温到700℃-740℃扒渣，然后进行浇注，即得到本发明合金的铸件或准备用于轧制的铸块。
本工艺中电阻炉也可以用其他熔炉代替；保护气体可以是氩气，也可以是SF6，还可以是CO2，或者是它们的混合气体；镁合金覆盖剂和中间合金产品为市场销售产品；精炼处理方法采用本行业的常规方法。
工艺二：按照本发明实施例提供的镁合金组成和含量计算并准备好所需量的原材料，在真空炉中加入铝锭、Mn或Mn剂、AlNb中间合金或NbAl中间合金、AlCo中间合金，升温至820℃，保温2-8小时，然后降温到720℃-780℃，加入镁锭和RE。待所加入的金属熔化后在720℃-780℃保温30分钟，得合金液，采用气体保护或者镁合金覆盖剂保护防止合金液氧化。用所得合金液浇一小块样品，检测其熔炼质量，如：气体含量的检查，如果质量较差，需进行精炼处理；如果质量合格，将所述合金液调温到700℃-740℃扒渣，然后进行浇注，即得到本发明合金的铸件或准备用于轧制的铸块。
本工艺中真空炉可用工频炉等其他熔炉替代；保护气体可以是氩气，也可以是SF6，还可以是CO2，或者是它们的混合气体；镁合金覆盖剂、稀土、Mn剂、中间合金为市场上销售产品；精炼处理方法采用本行业的常规方法。
工艺三：照本发明实施例提供的镁合金组成和含量计算并准备好所需量的原材料，在熔炉中加入标准牌号MgAlMn系压铸镁合金、AlNb中间合金或NbAl中间合金、AlCo中间合金，上述金属快熔化时采用气体保护或者镁合金覆盖剂保护。升温到720℃-780℃时加入MgRE中间合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中间合金，并搅拌，在720℃-780℃静置保温30分钟，得合金液。用所得合金液浇一小块样品，检测其熔炼质量，如：按照气体含量检查方法进行气体含量检查，如果质量较差，需进行精炼处理；如果质量合格，将所述合金液调温到700℃-740℃扒渣，然后进行浇注，即得到本发明合金的铸件或准备用于轧制的铸块。
本工艺中镁合金覆盖剂及中间合金为市场上销售产品；保护气体可以是氩气，也可以是SF6，还可以是CO2，或者是它们的混合气体；精炼处理方法采用本行业的常规方法。
2、本发明实施例提供的镁合金的热处理及其处理方法：
本发明实施例提供的铸造镁合金中的压铸件可不进行热处理，其它形式的铸造件可进行热处理，可采用T6处理。T6热处理工艺为：先固溶处理：将铸造件在箱式电阻炉中升温至400℃，保温10小时，铸造件出炉后水淬，水温50℃；后进行时效处理：将铸造件在箱式电阻炉中升温至200℃，保温8小时，出炉后空冷。
受熔炼过程选用原料的纯度及熔炼、铸造过程中其他一些不可避免的因素的影响，本发明实施例提供的铸造镁合金会含有不可避免的杂质，如Cu、Zn、Be等，只要所述不可避免的杂质总量在所述镁合金成品中的重量百分比＜0.5％，单一杂质在所述镁合金成品中的重量百分比＜0.1％，就不会对镁合金的性能造成明显影响。
实施例1
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用金属模铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al1.5％、Mn0.1％、Y0.0002％、Nb0.0002％、Co0.0002％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例2
按上述工艺一所述步骤制备镁合金，铸件采用半固态铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al25％、Mn2％、Sc16％、Nb4％、Co2％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例3
按上述工艺一所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，镁合金的重量百分组成为Al1.6％、Mn0.13％、Sm0.1％、Nb0.05％、Co0.01％，其余为Mg；
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例4
按上述工艺一所述步骤制备镁合金，铸件采用低压铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al6.5％、Mn0.7％、Nd2％、Nb1％、Co1％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例5
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用精密铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al4.4％、Mn0.2％、La0.1％、Nb0.05％、Co0.2％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例6
按上述工艺三所述步骤制备镁合金，制备过程中使用的所述标准牌号压铸镁合金为AM60B，铸件采用砂型铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al6.5％、Mn0.6％、Ce0.8％、Nb0.6％、Co0.9％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例7
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用金属模铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al2％、Mn0.15％、Tb1％、Nb0.8％、Co0.1％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例8
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用砂型铸造，所述镁合金的重量百分组成为Al8％、Mn1％、Dy4％、Nb3％、Co0.005％，其余为Mg。
铸件进行热处理。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例9
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al6％、Mn0.5％、Ho0.6％、Nb0.2％、Co0.5％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例10
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al4.5％、Mn0.3％、Gd0.2％、Nb0.5％、Co0.3％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例11
按上述工艺一所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al4.5％、Mn0.3％、Gd0.1％、Er0.1％、Nb0.5％、Co0.3％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例12
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al4.5％、Mn0.3％、Gd0.2％、Nb0.5％、Co0.3％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
实施例13
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al5％、Mn0.4％、Gd0.5％、Nb0.3％、Co0.6％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
对比实施例
按上述工艺二所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al5％、Mn0.4％、Gd0.5％，其余为Mg。
本实施例提供的镁合金铸件的性能参见表1。
以上各实施例提供的铸造镁合金均含有不可避免的杂质，所述不可避免的杂质总量在所述镁合金成品中的重量百分比＜0.5％，单一杂质在所述镁合金成品中的重量百分比＜0.1％。
铸件的力学性能测试在电子万能试验机上进行。本发明各实施例及对比实施例提供的镁合金铸件的伸长率及抗拉强度参见表1。
表1 各实施例提供的镁合金铸件的伸长率及抗拉强度数据表
试样 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗拉强度Rm(Mpa) 252 250 255 255 258
伸长率A(％) 18 18 17 17 18
试样 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
抗拉强度Rm(Mpa) 259 254 251 258 259
伸长率A(％) 17 17 18 17 19
试样 实施例11 实施例12 实施例13 对比实施例 AM60B
抗拉强度Rm(Mpa) 259 257 260 225 220
伸长率A(％) 19 17 20 8 8
由表1所示，本发明实施例提供的镁合铸件的伸长率均大于17％、抗拉强度均高于250Mpa，远远高于现有MgAlMn系压铸镁合金，如AM60B，具有良好的强韧性；同时参见实施例13及对比实施例，本发明实施例提供的镁合金铸件与不添加Co和Nb的镁合金铸件相比，伸长率明显较高，更加强韧；实施例10、11及13的伸长率比其他实施例高，实施例10、11及13各组分的范围在Al4.4-6.5％、Mn0.2-0.6％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.2-0.9％内；通过实施例10-12之间的对比，可知含有的RE中有Gd的效果更佳；实施例13提供的铸造镁合金的伸长率最高，实施例13提供的铸造镁合金最为强韧。
轧制本发明合金铸块的方法按常规轧制工艺处理即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高伸长率的强韧镁合金，其特征在于，所述镁合金由Mg、Al、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Mn0.1-2％、稀土0.0002-16％、Nb0.0002-4％、Co0.0002-2％，其余为Mg，所述Nb通过AlNb中间合金或NbAl中间合金的形式加入所述镁合金，所述Co通过AlCo中间合金的形式加入所述镁合金。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述稀土为Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，所述稀土为Gd或Gd与Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的镁合金，其特征在于，其重量百分组成为Al1.6-6.5％、Mn0.13-0.7％、Gd0.1-2％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
5.根据权利要求4所述的镁合金，其特征在于，其重量百分组成为Al4.4-6.5％、Mn0.2-0.6％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.2-0.9％，其余为Mg。
6.根据权利要求5所述的镁合金，其特征在于，其重量百分组成为Al5％、Mn0.4％、Gd0.5％、Nb0.3％、Co0.6％，其余为Mg。
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