CN103695747B - 一种高强耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强耐热镁合金，按重量百分比含有：Al：6.2~8.1%，Mn：0.25~1.0%，Zn：2.2~5.1%，Zr：0.08~0.12%，Nb：0.002~0.08%，Si：0.08~0.12%，C：0.002~0.02%，B：0.02~0.08%，Ti：0.01~0.08%，Ta：0.002~0.008%，RE：0.2~0.8%，Cu：0.016~0.022%，余量为Mg以及不可避免的杂质，通过特定制备方法使得具有特定微观结构，从而使得强度和耐抗蠕变能得到大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域，特别是涉及一种高强耐热镁合金及其制备方法。
背景技术
当前轻量化逐渐成为现代汽车的发展方向，镁合金作为最有前途的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。而目前汽车上的镁合金件，基本上都是压铸件。现有铸造镁合金中，以AZ91D、AM50等合金的应用最为广泛，这些镁合金具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和压铸性能。然而，当工作温度超过120℃时，这些合金的蠕变性能急剧下降，强度也不能满足长期使用。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种高强耐热镁合金；
本发明的目的之二在于提出一种高强耐热镁合金的制备方法；
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强耐热镁合金，所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：6.2~8.1%，Mn：0.25~1.0%，Zn：2.2~5.1%，Zr：0.08~0.12%，Nb：0.002~0.08%，Si：0.08~0.12%，C：0.002~0.02%，B：0.02~0.08%，Ti：0.01~0.08%，Ta：0.002~0.008%，RE：0.2~0.8%，Cu：0.016~0.022%，余量为Mg以及不可避免的杂质；
所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6~8μm，在表面部位的晶粒粒径为12~20μm，初晶α-Mg所占的体积分数为48~58%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.8~2.2μm，在表面部位的晶粒粒径为2.8~3.6μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为32~42%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.2~1.8%；
所述高强耐热镁合金的压缩屈服强度为180~210MPa，压缩塑性应变为6.2~9.1%，压缩断裂强度为385~410MPa，室温抗拉强度为280~305MPa。
作为优选，所述RE为Y和/或Gd。
作为优选，所述RE为富铈混合稀土。
作为优选，所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：7.28%，Mn：0.85%，Zn：4.1%，Zr：0.09%，Nb：0.03%，Si：0.09%，C：0.009%，B：0.06%，Ti：0.05%，Ta：0.006%，RE：0.7%，Cu：0.019%，余量为Mg以及不可避免的杂质。
作为优选，所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6.8μm，在表面部位的晶粒粒径为16μm，初晶α-Mg所占的体积分数为50%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.9μm，在表面部位的晶粒粒径为2.9μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为39%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.6%；所述中心部位的晶粒粒径为在合金中心球径3mm范围内晶粒的平均粒径，所述表面部位的晶粒粒径为合金表层以下1mm之内区域内的平均晶粒粒径。
一种高强耐热镁合金的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
（1）按照前述的高强耐热镁合金的组分含量准备好原料，各所述原料分别为纯锭材料和中间合金；
（2）在气体保护电阻炉中先熔化纯镁锭，表面采用镁合金覆盖剂保护，完全熔化后，加入各中间合金，待合金完全熔化后进行扒渣，浇铸，得到该高强耐热镁合金铸件；
（3）将步骤（2）得到的铸件在箱式电阻炉中进行第一步固熔处理：升温至400~440℃，保温10~12h，炉冷到320~350℃后出炉水淬至室温；然后进行第二步固熔处理：升温到420~460℃，保温12~14h，炉冷到300~320℃后出炉水淬至室温；然后进行第三步固熔处理：升温到410~430℃，保温10~14h，炉冷到300~320℃后出炉水淬至室温，得到高强耐热镁合金。
作为优选，所述纯镁锭的熔化温度为700~720℃，加入各中间合金的温度为720~780℃。
作为优选，将步骤（2）得到的铸件在箱式电阻炉中进行第一步固熔处理：升温至430℃，保温12h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温；然后进行第二步固熔处理：升温到440℃，保温14h，炉冷到300℃后出炉水淬至室温；然后进行第三步固熔处理：升温到410℃，保温10h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温，得到高强耐热镁合金。
本发明的效果在于：
通过对元素进行选择和具体元素的含量进行搭配，使得镁合金强度和耐热性能得到大幅提升；
通过特定的特定的热处理方法，使得合金韧性得到改善；
通过具体制备方法热处理与具体合金成分和含量的配合，使得微观结构中各相的分布以及晶粒尺寸得到合理配置，使得合金强度、耐热性、韧性，抗蠕变性能得到大幅提高。
具体实施方式
实施例1
一种高强耐热镁合金，所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：6.9%，Mn：0.29%，Zn：2.9%，Zr：0.09%，Nb：0.04%，Si：0.09%，C：0.012%，B：0.04%，Ti：0.05%，Ta：0.007%，Y：0.58%，Cu：0.018%，余量为Mg以及不可避免的杂质；
所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6.5μm，在表面部位的晶粒粒径为18μm，初晶α-Mg所占的体积分数为51%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.9μm，在表面部位的晶粒粒径为3.1μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为39%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.7%；
所述高强耐热镁合金的压缩屈服强度为192MPa，压缩塑性应变为7.6%，压缩断裂强度为397MPa，室温抗拉强度为295MPa，在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.24%，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.04%。
实施例2：
一种高强耐热镁合金，所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：7.28%，Mn：0.85%，Zn：4.1%，Zr：0.09%，Nb：0.03%，Si：0.09%，C：0.009%，B：0.06%，Ti：0.05%，Ta：0.006%，Y和Gd：0.7%，Cu：0.019%，余量为Mg以及不可避免的杂质；
所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6.8μm，在表面部位的晶粒粒径为16μm，初晶α-Mg所占的体积分数为50%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.9μm，在表面部位的晶粒粒径为2.9μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为39%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.6%；所述中心部位的晶粒粒径为在合金中心球径3mm范围内晶粒的平均粒径，所述表面部位的晶粒粒径为合金表层以下1mm之内区域内的平均晶粒粒径；
所述高强耐热镁合金的压缩屈服强度为198MPa，压缩塑性应变为7.7%，压缩断裂强度为399MPa，室温抗拉强度为298MPa，在200℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.23%，在150℃，50MPa条件下，100小时的蠕变量为0.038%。
实施例3：
一种高强耐热镁合金的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
（1）按照高强耐热镁合金的组分含量准备好原料，各所述原料分别为纯锭材料和中间合金；
（2）在气体保护电阻炉中先熔化纯镁锭，表面采用镁合金覆盖剂保护，完全熔化后，加入各中间合金，待合金完全熔化后进行扒渣，浇铸，得到该高强耐热镁合金铸件；所述纯镁锭的熔化温度为700~720℃，加入各中间合金的温度为720~780℃；
（3）将步骤（2）得到的铸件在箱式电阻炉中进行第一步固熔处理：升温至430℃，保温12h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温；然后进行第二步固熔处理：升温到440℃，保温14h，炉冷到300℃后出炉水淬至室温；然后进行第三步固熔处理：升温到410℃，保温10h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温，得到高强耐热镁合金。
Claims (8)
1.一种高强耐热镁合金，其特征在于：所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：6.2~8.1%，Mn：0.25~1.0%，Zn：2.2~5.1%，Zr：0.08~0.12%，Nb：0.002~0.08%，Si：0.08~0.12%，C：0.002~0.02%，B：0.02~0.08%，Ti：0.01~0.08%，Ta：0.002~0.008%，RE：0.2~0.8%，Cu：0.016~0.022%，余量为Mg以及不可避免的杂质；
所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6~8μm，在表面部位的晶粒粒径为12~20μm，初晶α-Mg所占的体积分数为48~58%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.8~2.2μm，在表面部位的晶粒粒径为2.8~3.6μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为32~42%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.2~1.8%；
所述高强耐热镁合金的压缩屈服强度为180~210MPa，压缩塑性应变为6.2~9.1%，压缩断裂强度为385~410MPa，室温抗拉强度为280~305MPa。
2.根据权利要求1所述的高强耐热镁合金，其特征在于：所述RE为Y和/或Gd。
3.根据权利要求1所述的高强耐热镁合金，其特征在于：所述RE为富铈混合稀土。
4.根据权利要求1或2所述的高强耐热镁合金，其特征在于：所述高强耐热镁合金按重量百分比含有：Al：7.28%，Mn：0.85%，Zn：4.1%，Zr：0.09%，Nb：0.03%，Si：0.09%，C：0.009%，B：0.06%，Ti：0.05%，Ta：0.006%，RE：0.7%，Cu：0.019%，余量为Mg以及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1或2所述的高强耐热镁合金，其特征在于：所述高强耐热镁合金的微观结构中，初晶α-Mg在合金中心部位的晶粒粒径为6.8μm，在表面部位的晶粒粒径为16μm，初晶α-Mg所占的体积分数为50%；第二相β-Mg17Al12相在合金中心部位的的晶粒粒径1.9μm，在表面部位的晶粒粒径为2.9μm，第二相β-Mg17Al12相所占的体积分数为39%，在晶界上分布NbAl金属化合物，NbAl金属化合物所占比例为1.6%；所述中心部位的晶粒粒径为在合金中心球径3mm范围内晶粒的平均粒径，所述表面部位的晶粒粒径为合金表层以下1mm之内区域内的平均晶粒粒径。
6.一种权利要求1~5任一项所述高强耐热镁合金的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
（1）按照权利要求1~5任一项所述的高强耐热镁合金的组分含量准备好原料，各所述原料分别为纯锭材料和中间合金；
（2）在气体保护电阻炉中先熔化纯镁锭，表面采用镁合金覆盖剂保护，完全熔化后，加入各中间合金，待合金完全熔化后进行扒渣，浇铸，得到该高强耐热镁合金铸件；
（3）将步骤（2）得到的铸件在箱式电阻炉中进行第一步固溶处理：升温至400~440℃，保温10~12h，炉冷到320~350℃后出炉水淬至室温；然后进行第二步固溶处理：升温到420~460℃，保温12~14h，炉冷到300~320℃后出炉水淬至室温；然后进行第三步固溶处理：升温到410~430℃，保温10~14h，炉冷到300~320℃后出炉水淬至室温，得到高强耐热镁合金。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述纯镁锭的熔化温度为700~720℃，加入各中间合金的温度为720~780℃。
8.根据权利要求6~7任一项所述的制备方法，其特征在于：将步骤（2）得到的铸件在箱式电阻炉中进行第一步固溶处理：升温至430℃，保温12h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温；然后进行第二步固溶处理：升温到440℃，保温14h，炉冷到300℃后出炉水淬至室温；然后进行第三步固溶处理：升温到410℃，保温10h，炉冷到320℃后出炉水淬至室温，得到高强耐热镁合金。
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Effective date of registration: 20151013 Address after: Licang District of Shandong province 266000 fo Lu Zheng Qingdao City No. 17 Applicant after: Lu Mingjun Address before: 523000, Guangdong, Humen Town, South Village, Naval Battle Road, No. A28 Applicant before: Zhang Xia |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170510 Address after: 243000 Ma'anshan, Shandong Province, the west mountain road, rain, No. 1288 Patentee after: Anhui Weilong remanufacturing Polytron Technologies Inc Address before: Licang District of Shandong province 266000 fo Lu Zheng Qingdao City No. 17 Patentee before: Lu Mingjun |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20200727 Address after: 239000 No.1 Workshop, no.1471 Qingliu East Road, Chuzhou City, Anhui Province Patentee after: Anhui hongwo Alloy Technology Co., Ltd Address before: 243000, 1288, Yushan West Road, Yucheng District, Anhui, Ma'anshan Patentee before: ANHUI WEILONG REMANUFACTURING TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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