CN103774016B - 一种中强耐热镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中强耐热镁合金。合金质量百分成分为：铝：7.5-9.0%，银：0.02-0.80%，锌：0.35-0.55%，稀土：0.01-0.10%，钙：0.001-0.020%，锰：0.05-0.20%，其余为镁及不可去除的杂质元素。添加稀土元素能显著提高镁合金的强度；适量添加银、钙能有效改善合金的高温性能。该合金在T5态室温抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥210MPa，伸长率≥6%；150℃抗拉强度≥240MPa，屈服强度≥180MPa，伸长率≥18.0%，可应用于航空、航天和汽车工业领域要求高温服役条件的结构件，满足航空、航天及汽车工业的要求。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金领域，特别涉及一种中强耐热镁铝银锌系镁合金。
背景技术
镁合金是目前可用的最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度和高比刚度、阻尼减振性能优异等特点，在航空、航天及汽车工业领域已有多年的应用历史。然而目前镁合金的应用量远远落后于钢铁和铝合金，原因之一在于它的耐热性差，一般的镁合金在温度超过120℃后其强度会大幅度下降，虽然从上世纪40年代以来相继开发了一些高温性能优良的稀土镁合金，如WE43、WE54等，但这些合金包含较大比例的贵重稀土元素，导致合金成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中强耐热镁合金。合金成分为（w%）：铝：7.5-9.0%，银：0.02-0.80%，锌：0.35-0.55%，稀土：0.01-0.10%，钙：0.001-0.020%，锰：0.05-0.20%，其余为镁及不可去除的杂质元素。所述稀土元素包括铈、镧、钕、钇或者它们两种以上混合物。
镁铝锌系镁合金是目前工业上应用最广泛的镁合金之一，这些合金具有较高的室温强度和塑性，优异的铸造和机加工性能，以及较低的成本。镁铝锌系镁合金中含有热稳定性较差的-Mg17Al12相，因而导致这类镁合金的高温性能较差。本发明通过引入银、稀土、钙等元素，改善镁合金的高温性能，在成本提高不多的情况下，扩展镁合金的应用范围。添加的稀土元素在镁中有较大固溶度，可实现固溶强化、沉淀强化；稀土元素与镁、铝和锌等合金元素形成高熔点、热稳定性好的金属间化合物实现弥散强化，从而提高耐热性能。镁铝锌系合金中添加的钙和镁、铝形成Mg2Ca、Al2Ca或(Mg，Al)2Ca等化合物，这些化合物在晶界处生成，抑制了低熔点Mg17Al12相的生成，促使合金高温时的晶界稳定性提高。此外，Mg2Ca、Al2Ca和(Mg，Al)2Ca相的熔点高、热稳定性好，对晶界滑移有很好的钉扎作用，因而使合金的高温性能得以改善。添加少量的钙还可减轻金属溶液和铸件热处理过程中的氧化。银在镁中固溶度大，溶入镁中后产生很强的固溶强化效果。同时银能增大固溶体和时效析出相之间的单位体积自由能。此外，银与空位结合能较大，可优先与空位结合，使原子扩散减慢，阻碍时效析出相长大，减少或消除时效处理时在晶界附近出现的沉淀带，使合金组织中弥散性连续析出的γ相占主导地位，进而提高镁合金的高温强度。
银和钙的添加量对镁合金性能影响很关键，添加量过少所起高温强化作用有限；钙含量过高易导致镁合金产生粘膜缺陷和热裂，银含量过高则降低合金抗蚀性。
镁合金中同时添加适量的银和钙可细化沉淀析出相的尺寸并增加析出相的数量，对合金耐热性能的强化效果优于单独添加银或钙。在相同的制备、加工工艺条件下，同时添加适量银和钙的镁合金比无银和钙镁合金的在150℃下屈服应力高20～40%；比单独添加银或钙的镁合金在150℃下屈服应力高8～25%。
合金中添加的稀土元素和银元素虽价格较高，但添加量少，其成本仍低于高稀土耐热镁合金，其高温强度则优于无银、稀土、钙等元素的镁铝锌系镁合金。
具体实施方式
实施例1镁合金的化学成分为：8.24%重量比的铝，0.41%重量比的锌，0.15%重量比的锰，0.034%重量比的银，0.016%重量比的铈，0.0011%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭，经均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表1。
实施例2镁合金的化学成分为：8.22%重量比的铝，0.4%重量比的锌，0.14%重量比的锰，0.032%重量比的银，0.015%重量比的镧，0.0032%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭后，均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表2。
实施例3镁合金的化学成分为：8.02%重量比的铝，0.44%重量比的锌，0.12%重量比的锰，0.030%重量比的银，0.019%重量比的钕，0.015%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭后，均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表3。
实施例4镁合金的化学成分为：8.05%重量比的铝，0.37%重量比的锌，0.15%重量比的银，0.12%重量比的锰，0.026%重量比的钇，0.009%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭，经均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表4。
实施例5镁合金的化学成分为：8.11%重量比的铝，0.39%重量比的锌，0.32%重量比的银，0.12%重量比的锰，0.021%重量比的铈、镧和钕的混合稀土元素，0.012%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭，经均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表5。
实施例6镁合金的化学成分为：8.35%重量比的铝，0.47%重量比的锌，0.51%重量比的银，0.15%重量比的锰，0.039%重量比的钇和钕，0.018%重量比的钙，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭，经均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表6。
比较例1镁合金的化学成分为：8.94%重量比的铝，0.47%重量比的锌，0.17%重量比的锰，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭，经均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表7。从表中可看出，比较例1镁合金中未添加银、稀土和钙元素时，其150℃的拉伸力学性明显低于实施例1~6。
比较例2镁合金的化学成分为：7.8%重量比的铝，0.45%重量比的锌，0.13%重量比的锰，0.019%重量比的钇，0.012%重量比的稀土，其余为镁和铸造过程中不可避免的杂质。用半连续铸造法制备出镁合金铸锭后，均匀化退火、锻造、轧制和时效处理后，做室温和150℃拉伸试验，得到抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体数据见表8。从表中可看出，镁合金中只添加钙未添加银时，其150℃的拉伸力学性能低于同时添加银的实施例1~6在150℃的拉伸力学性能.
表1Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例1）
表2Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例2）
表3Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例3）
表4Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例4）
表5Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例5）
表6Mg-Al-Ag-Zn-Mn-RE-Ca力学性能（实例6）
表7Mg-Al-Zn-Mn力学性能（比较例1）
表8Mg-Al-Zn-Mn-Ca力学性能（比较例2）
Claims (3)
1.一种中强耐热镁合金，其特征在于合金元素质量百分比成分为：铝：7.5-9.0%，银：0.03-0.60%，锌：0.35-0.55%，稀土：0.01-0.10%，钙：0.001-0.020%，锰：0.05-0.20%，其余为镁及不可去除的杂质元素；该合金在T5态室温抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥210MPa，伸长率≥6%；150℃抗拉强度≥240MPa，屈服强度≥180MPa，伸长率≥18.0%。
2.根据权利要求1所述中强耐热镁合金，其特征在于：所述合金成分钙的重量百分比为0.001-0.018%。
3.根据权利要求1所述中强耐热镁合金，其特征在于：所述稀土元素包括铈、镧、钕、钇或者它们两种以上混合物。
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