CN103160721A - 一种高硬度耐热镁合金 - Google Patents
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Abstract
一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：所述合金的组分及质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%～5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。本发明通过联合加入Al、Sn和Ca元素，以生成Mg2Sn、Mg2Ca、Al2Ca和CaMgSn高温强化相，使合金具有硬度高与耐热性好等特性。与现有的耐热镁合金相比，本发明合金具有良好的室温及高温性能，且生产成本低，效率高，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。
Description
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种高硬度耐热镁合金。
背景技术
镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有比重小（1.75～1.85×103kg/m3，约为铝的64%,钢的23%)、比强度和比刚度高、阻尼性和切削加工性好、冲击功吸收大，以及易回收利用等优点，被认为是一种有效减轻质量、节约能源、有利于可持续发展的理想材料。广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域。但是，由于镁合金的强度不高，耐热性能差，限制了其应用范围。因此，提高镁合金的强度和耐热性，使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点。
在高强度镁合金的合金化研究中，合金元素的添加主要集中在铝、锌、硅、锶、铜、镍、锰、锆、钙、锂和铋，或者是钪、钇和稀土元素。其强化机理主要是固溶强化或与镁形成金属间化合物强化。目前，高强度耐热镁合金中稀土含量较高，而稀土的价格较贵，在一般行业中，难以得到广泛应用。因此，当前高强度耐热镁合金的开发应兼顾提高性能和降低成本两个方面因素。Al是提高镁合金强度的基本元素之一，可以与镁结合，生成Mg17Al12相。但是，Mg17Al12相的熔点较低（462℃）。在高温下，容易发生松弛现象，不能对位错起到良好的钉扎作用。因此，需要采用添加其他合金元素与热处理的方法消除Mg17Al12相。Ca的加入，不仅起到细化晶粒的作用，还可以与镁、铝结合，生成具有较高的热定性的Mg2Ca与Al2Ca相，并且大幅度抑制Mg17Al12相生成，提高镁合金的耐热性能。Sn是提高镁合金耐热性能的另一种有利元素，而且价格低廉。Sn与镁反应生成具有较高的熔点（771.5℃）和硬度（119Hv）的Mg2Sn相；还可以与Ca结合，生成CaMgSn相。不仅是合金中的强化相，而且能提高镁合金的高温性能。和稀土相比，碱土元素的价格低廉，因此含有碱土元素的耐热镁合金是今后发展的趋势之一。
目前，肖阳、张新民等人研究了耐热镁合金Mg-9Gd-4Y-0.6Zr和Mg-8Gd-4Y-Nd-Zr的力学性能，两种合金的硬度分别达到145Hv与130Hv；但是，由于采用了稀土元素钆、钇、钕，使合金成本增加，制备难度加大。
本发明拟公开一种Mg-Al-Sn-Ca系耐热镁合金，通过添加Sn与碱土元素Ca来细化晶粒，同时在合金中形成具有较高热稳定性的Mg2Ca、Al2Ca与Mg2Sn等相，提高合金的耐热性能与硬度。合金硬度提高的原因如下：Mg2Sn相的硬度较大，达到了119Hv，并且以颗粒状的形态弥散分布于基体之中；随着Al/Ca的质量比发生变化，具有HCP结构的(Al, Mg)2Ca相发生变化，产生了独立的Mg2Ca与Al2Ca相，使最终制备的合金具有良好的耐热性能。本合金是目前不通过添加稀土元素而获得的高硬度耐热镁合金。
发明内容
本发明提供一种高硬度耐热镁合金，其目的是克服现有技术的不足，制备出成本低、高硬度耐热镁合金，该合金在铸态下，硬度≥188Hv；热处理后，硬度≥168Hv。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：所述合金的组分及质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%～5%，余量为Mg和杂质。
杂质含量及质量百分比为Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%。
铸态下，镁合金的硬度≥188Hv；热处理后，镁合金的硬度≥168Hv。
本发明通过添加廉价的Al元素，生成Al2Ca高温强化相，提高合金的耐热性能，降低镁合金的成本。
本发明通过添加廉价的Sn元素，分别与Mg反应生成Mg2Sn和CaMgSn高温强化相，提高合金的硬度与耐热性能，降低镁合金的成本。
本发明通过添加廉价的碱土元素Ca，细化晶粒，同时生成具有热稳定性的Mg2Ca相，提高合金的耐高温性能，降低镁合金的成本。
本发明制备的高硬度耐热镁合金，在铸态下，硬度≥188Hv；热处理后，硬度≥168Hv。与现有的耐热镁合金相比，本发明合金在室温下，具有良好的硬度；在高温下，具有良好的耐热性；且生产成本低，效率高，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。
附图说明：
图1为铸造状态下Mg-5Al-2Sn-2Ca合金的SEM照片；
图2为热处理后的Mg-5Al-2Sn-2Ca合金的SEM照片；
图3为铸造状态下Mg-5Al-2Sn-5Ca合金的SEM照片；
图4为热处理后的Mg-5Al-2Sn-5Ca合金的SEM照片。
具体实施方式：
本发明公开一种高硬度耐热镁合金，有良好的室温及高温性能，且生产成本低，效率高，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。
一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：所述合金的组分及质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%～5%，余量为Mg和杂质。杂质含量及质量百分比为Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%。
上述镁合金的特点是：
（1）镁合金在铸态下，硬度≥188Hv；热处理后，硬度≥168Hv。；
（2）不含有Y、Nd、Zr与稀土元素。
本发明通过联合加入具有强化作用的Al、Sn和Ca元素，使它们与Mg形成Mg2Sn、Mg2Ca、Al2Ca和CaMgSn相来复合强化镁合金。金属间化合物Mg2Sn相的具有较高的熔点（771.5℃）和较高硬度（119HV），并且以颗粒状态弥散分布于基体之中。从而提高了镁合金的硬度与耐热性。添加Ca元素的目的是细化晶粒，生成具有较高的热稳定性的Mg2Ca和CaMgSn相。同时，Ca元素还可以与Al元素结合，生成Al2Ca相，抑制低熔点的Mg17Al12相的生成。
上述高硬度耐热镁合金是通过下步骤制备的：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%～5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为700℃～720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将熔化的金属液在670℃～690℃浇注；
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶6～24小时；然后在200℃下，时效12～96小时，得到高硬度耐热镁合金。
步骤（1）中的配料，为了避免Ca的挥发，以Mg-20%Ca的中间合金形式加入。
步骤（3）中的浇铸，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，需要说明的是，本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。。
实施例1：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为700℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在670℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶6小时；然后在200℃下，时效12小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-1Ca镁合金铸态下的的硬度为198Hv；热处理后的硬度为172Hv。
实施例2：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效24小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-1Ca镁合金铸态下的的硬度为196Hv；热处理后的硬度为175Hv。
实施例3：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效48小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-1Ca镁合金铸态下的的硬度为195Hv；热处理后的硬度为170Hv。
实施例4：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在670℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效96小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-1Ca镁合金铸态下的的硬度为197Hv；热处理后的硬度为173Hv。
实施例5：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为700℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶6小时；然后在200℃下，时效12小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-2Ca镁合金铸态下的的硬度为188Hv；热处理后的硬度为168Hv。
Mg-5Al-2Sn-2Ca镁合金的铸态下SEM照片如图1所示；热处理后的SEM照片如图2所示。
实施例6：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶18小时；然后在200℃下，时效24小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-2Ca镁合金铸态下的的硬度为189Hv；热处理后的硬度为171Hv。
实施例7：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为700℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在685℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效48小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-2Ca镁合金铸态下的的硬度为199Hv；热处理后的硬度为175Hv。
实施例8：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：2%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效96小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-2Ca镁合金铸态下的的硬度为219Hv；热处理后的硬度为177Hv。
实施例9：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶6小时；然后在200℃下，时效12小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-3Ca镁合金铸态下的的硬度为194Hv；热处理后的硬度为172Hv。
实施例10：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶18小时；然后在200℃下，时效72小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-3Ca镁合金铸态下的的硬度为192Hv；热处理后的硬度为176Hv。
实施例11：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效72小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-3Ca镁合金铸态下的的硬度为197Hv；热处理后的硬度为178Hv。
实施例12：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：3%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效96小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-3Ca镁合金铸态下的的硬度为197Hv；热处理后的硬度为179Hv。
实施例13：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效12小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-4Ca镁合金铸态下的的硬度为194Hv；热处理后的硬度为171Hv。
实施例14：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效24小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-4Ca镁合金铸态下的的硬度为196Hv；热处理后的硬度为179Hv。
实施例15：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效48小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-4Ca镁合金铸态下的的硬度为197Hv；热处理后的硬度为175Hv。
实施例16：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：4%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效96小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-4Ca镁合金铸态下的的硬度为198Hv；热处理后的硬度为181Hv。
实施例17：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶12小时；然后在200℃下，时效24小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-5Ca镁合金铸态下的的硬度为201Hv；热处理后的硬度为180Hv。
实施例18：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为710℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶18小时；然后在200℃下，时效48小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-5Ca镁合金铸态下的的硬度为209Hv；热处理后的硬度为196Hv。
Mg-5Al-2Sn-5Ca镁合金的铸态下SEM照片如图3所示；热处理后的SEM照片如图4所示。
实施例19：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在680℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效72小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-5Ca镁合金铸态下的的硬度为207Hv；热处理后的硬度为195Hv。
实施例20：
高硬度耐热镁合金，各组分及质量百分比分别为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料是纯度为99.9%的金属Mg、99.9%的金属Al、99.9%的金属Sn，以及Mg-20% Ca中间合金，各元素的质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：5%，杂质含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量为Mg；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在井式电阻炉中进行熔炼，利用N2和SF6混合气体作为保护气体，首先熔炼金属Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20% Ca中间合金、纯Al和Sn金属，控制熔炼温度为720℃，得到液态金属；
（3）浇铸：将金属液在690℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在500℃下，固溶24小时；然后在200℃下，时效96小时。
得到的Mg-5Al-2Sn-5Ca镁合金铸态下的的硬度为205Hv；热处理后的硬度为190Hv。
Claims (4)
1.一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：所述合金的组分及质量百分比为Al：5%，Sn：2%，Ca：1%～5%，余量为Mg和杂质。
2.根据权利要求1所述一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：杂质元素及质量百分比为Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%。
3.根据权利要求1所述一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：铸态下，镁合金的维氏硬度≥188 Hv。
4.根据权利要求1所述一种高硬度耐热镁合金，其特征在于：热处理后，镁合金的维氏硬度≥168Hv。
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