CN102994837B - 一种含铌含钴的强韧镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铌含钴的强韧镁合金，属于镁合金领域。所述镁合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Zn0.1-3.5％、Mn0.1-2.2％、稀土0.001-16％、Nb0.001-4％、Co0.001-2％，其余为Mg。本发明通过在MgAlZn系压铸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。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种MgAlZn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MgAlZn系压铸镁合金牌号有YM302、YM303、YM304、YM305；美国标准ASTMB的MgAlZn系压铸镁合金牌号有AZ91A、AZ91B、AZ91D；日本标准JISH的MgAlZn系压铸镁合金牌号有MDC1B、MDC1D；欧洲标准EN的MgAlZn系压铸镁合金牌号有EN-MC21110、EN-MC21120、EN-MC21121。这些牌号的合金具有：流动性、机械加工性、压铸性能都十分优良的特点，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。另外，某些MgAlZn系镁合金也用于轧制变形方向。
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：常温下，现有MgAlZn系压铸镁合金的抗拉强度已足够高，但伸长率还不够高，例如：MgAlZn系压铸镁合金AZ91D的抗拉强度为230MPa，伸长率为3％。伸长率是衡量金属材料塑性的指标，伸长率越高，表明金属材料的塑性越好。低的塑性指标限制了这类镁合金的更广泛应用。
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含铌含钴的强韧镁合金。所述技术方案如下：
一种含铌含钴的强韧镁合金，所述镁合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Zn0.1-3.5％、Mn0.1-2.2％、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Al4.5-10％、Zn0.3-1％、Mn0.1-0.6％、Gd0.1-2％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
优选，其重量百分组成为Al1.5-2.5％、Zn0.3-1％、Mn0.1-0.6％、Gd0.1-4％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
更优选，其重量百分组成为Al8.7-9.5％、Zn0.45-0.9％、Mn0.17-0.4％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.01-0.9％，其余为Mg。
最优选，其重量百分组成为Al9％、Zn0.7％、Mn0.3％、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MgAlZn系压铸镁合金中添加稀土元素、Nb元素，特别是Co元素，提高了镁合金的伸长率即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、抗拉强度良好的强韧镁合金。本发明压铸试样伸长率可达6-10％。Nb元素加入，还能提高镁合金的热稳定性。
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配制合金，在电阻炉中加入镁锭、铝锭、锌锭、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配制合金，在真空炉中加入铝锭、锌锭AlMn中间合金、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、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配制合金，在熔炉中加入标准牌号MgAlZn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，一般采用T4固溶处理。T4固溶处理工艺为：将铸造件在箱式电阻炉中升温至440℃，保温10小时，铸造件出炉后水淬，水温40℃。
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、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％、Zn0.1％、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％、Zn3.5％、Mn2.2％、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Al1.5％、Zn0.3％、Mn0.1％、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Al2.5％、Zn1％、Mn0.6％、Nd4％、Nb1％、Co1％，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5
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％、Zn0.3％、Mn0.1％、La0.1％、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6
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Al10％、Zn1％、Mn0.6％、Ce2％、Nb1％、Co1％，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7
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AZ91D，铸件采用高压压铸，所述镁合金的重量百分组成为Al8.7％、Zn0.45％、Mn0.17％、Tb0.1％、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8
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Al9.5％、Zn0.9％、Mn0.4％、Dy0.8％、Nb0.6％、Co0.9％，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Al8.5％、Zn0.5％、Mn0.2％、Gd0.3％、Nb0.1％、Co0.4％，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Al8.5％、Zn0.5％、Mn0.2％、Gd0.2％、Ho0.1％、Nb0.1％、Co0.4％，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Al8.5％、Zn0.5％、Mn0.2％、Gd0.3％、Nb0.1％、Co0.4％，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Al3％、Zn2％、Mn1％、Er10％、Nb3％、Co1.5％，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Al2％、Zn0.4％、Mn0.5％、Gd3％、Nb0.7％、Co0.1％，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14
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Al9％、Zn0.7％、Mn0.3％、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
按上述工艺一所述步骤制备镁合金，铸件采用高压压铸，所述镁合金重量百分组成为Al9％、Zn0.7％、Mn0.3％、Gd0.5％，其余为Mg和不可避免的杂质。
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参见表1。
表1 各实施例提供的镁合金铸件的伸长率数据表
| 试样 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 伸长率/％ | 6 | 6.5 | 7 | 6.5 | 7 |
| 试样 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 伸长率/％ | 7 | 7.5 | 8 | 9 | 9 |
| 试样 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | 实施例14 | 对比实施例 |
| 伸长率/％ | 8 | 6 | 7.5 | 10 | 3 |
由表1所示，本发明实施例提供的镁合金铸件的伸长率均不小于6％，远远高于现有MgAlZn系压铸镁合金，具有良好的强韧性；同时参见实施例14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或Nb或两者均不添加的镁合金铸件相比，伸长率更高，具有更好的强韧性；实施例9、10及14的伸长率比其他实施例高，实施例9、10及14各组分的范围在Al8.7-9.5％、Zn0.45-0.9％、Mn0.17-0.4％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.01-0.9％内；通过实施例9-11之间的对比，可知含有的RE中有Gd的效果更佳；实施例14提供的镁合金铸件的伸长率最高，实施例14提供的镁合金强韧性最好。
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 (7)
1.一种含铌含钴的强韧镁合金，其特征在于，所述镁合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Co组成，其重量百分组成为Al1.5-25％、Zn0.1-3.5％、Mn0.1-2.2％、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Al4.5-10％、Zn0.3-1％、Mn0.1-0.6％、Gd0.1-2％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
5.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Al1.5-2.5％、Zn0.3-1％、Mn0.1-0.6％、Gd0.1-4％、Nb0.05-1％、Co0.01-1％，其余为Mg。
6.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Al8.7-9.5％、Zn0.45-0.9％、Mn0.17-0.4％、Gd0.1-0.8％、Nb0.05-0.6％、Co0.01-0.9％，其余为Mg。
7.根据权利要求6所述的镁合金，其特征在于，其重量百分组成为Al9％、Zn0.7％、Mn0.3％、Gd0.5％、Nb0.3％、Co0.6％，其余为Mg。
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