CN103834839A - 一种新型钙锶耐热镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型钙锶耐热镁合金，包括如下重量百分比的组分：Al：7.0～9.0％、Mn：0.10～0.45％、Zn：0.0001～0.1％、Ca：0.5～2.0％、Sr：0.1～0.8％、Si：0.0001～0.04％、Cu：0.0001～0.01％、Ni：0.0001～0.0015％、Fe：0.0001～0.005％、Be：0.00001～0.00006％、其余为镁。本发明的钙锶耐热镁合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能优良，制备成本低廉，适合于批量生产。

Description

一种新型钙锶耐热镁合金
技术领域
本发明涉及一种镁合金，具体涉及一种新型钙锶耐热镁合金。
背景技术
镁合金是在工程应用中密度最低的金属结构材料，同时镁合金还具有高比强、高阻尼、电磁屏蔽以及优异的铸造性能、切削加工性能和已回收等优点。由于汽车和电子工业上采用了镁合金构件，使镁合金的应用得到很大的推广。在汽车、电子、医疗器械、船舶、航空、航天、国防等领域具有重要的应用价值和广阔的前景，镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”。然而常用的AZ系列、AM系列镁合金存在耐热性能差的缺点，长期工作温度不能超过120℃，因此限制了它作为轻质结构材料的应用范围。虽然近年来，随着稀土AE系列镁合金的研究发展，解决了AZ、AM系列镁合金耐热性不足的缺陷，但由于稀土材料价格昂贵，资源稀缺造成稀土镁合金的成本居高不下，也限制了它们的推广应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种强度高、耐热性能良好，且制备成本低廉、适合于批量生产的含钙锶耐热镁合金。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型钙锶耐热镁合金，其特征在于包括如下重量百分比的组分：Al：7.0～9.0％；Mn：0.10～0.45％、Zn：0.0001～0.1％、Ca：0.5～2.0％、Sr：0.1～0.8％、Si：0.0001～0.04％、Cu：0.0001～0.01％、Ni：0.0001～0.0015％、Fe：0.0001～0.005％、Be：0.00001～0.00006％、其余为镁。
作为优选，上述组分的重量百分比为：Al：8.0％；Mn：0.30％、Zn：0.0001～0.05％、Ca：1.1％、Sr：0.3％、杂质元素总和为0.0001～0.02％、其余为镁。
本发明的制备方法为：将纯镁、铝放入预热到650℃坩埚中，并通入保护气体。等加入的炉料完全熔化后，升温至700℃，加入锰、锶、钙镁中间合金等，并继续通入保护气体；当温度升至730℃时搅拌10分钟，使成分均匀，然后通入氩气精炼10分钟，精炼后静置30分钟。待降温至680℃～700℃时可用于压铸生产，即可获得本新型钙锶耐热镁合金。
上述镁合金元素中，其中铝是主要强化元素，它通过固溶强化和与镁形成Mg17Al12沉淀强化，提高了合金的常温强度。铝的加入还提高了镁合金的铸造工艺性能。从而使本新型钙锶耐热镁合金适合于批量生产。
锰在镁合金中的主要作用是提高镁合金的耐腐蚀性。锰在镁合金熔炼过程中可以与镁合金中的杂质元素(铁)形成化合物，通过静置沉淀于坩埚底部，从而消除杂质元素对镁合金耐腐蚀性能的有害作用。
钙是本发明中用于提高镁合金耐热性能的元素，加入一定配比的钙可以提高镁合金中Mg17Al12相的热稳定性，同时能大幅度细化合金的显微组织，从而提高镁合金在高温下的综合力学性能。当含Ca量较低时，铸态组织由Mg基体和晶界处的少量离异共晶相Mg2Ca组成；当含Ca量较高时，铸态组织由Mg基体和沿晶界分布的以离异共晶机制生成的共晶体(Mg+Mg2Ca)组成。铸态下合金中的离异共晶组织是非平衡凝固的产物，其组织是不稳定的，因而固溶时效后，合金的晶界处只剩下颗粒状的Mg2Ca。Mg-Ca-Si合金中，当含Si量较低时，铸态组织由Mg基体和CaMgSi相组成，其中CaMgSi以离散块状、微细点状以及针状三种形态存在；当含Si量较高时，显微组织中除Mg基体和三种形态的CaMgSi相外，出现了“汉字形”Mg2Si相。固溶时效后，Mg-Ca-Si合金的显微组织改变不大。
锶是主要起到组织细化的元素，同时对含有钙和含有硅镁合金组织的变质作用。镁合金的组织由α-Mg固溶体、Mg17Al12相和Al8Mn5相组成，随着Al含量的增加，Mg17Al12相增多，且有部分长大成为断续的网状组织。抗拉强度先提高后降低，延伸率不断减小。而合金的显微硬度随着Al含量的增加不断提高。在添加Sr后，合金的组织由α-Mg固溶体、Mg17Al12相、Al4Sr相和Al8Mn5相组成。当Sr不变时，随着Al含量的增加，Mg17Al12相增多，Al4Sr相不受其变化影响；抗拉强度先提高后降低，延伸率不断降低，显微硬度不断提高。而Al不变，Sr增加时，Al4Sr相增多变长，Mg17Al12相不断减少；抗拉强度不断提高，延伸率基本不变。
附图说明
图1是本发明合金与AZ91HP在不同温度下的拉伸强度曲线；
图2是本发明合金与AZ91HP在不同温度下的屈服强度曲线；
图3是本发明合金与AZ91HP在不同温度下的伸长率曲线；
图4是本发明合金与各种典型镁合金在不同时间下的耐腐蚀性曲线；
图5是本发明中合金的铸态组织图。
具体实施方式
实施例1
按重量百分比配料，其配比为：Al：8.0％；Mn：0.30％、Zn：0.0001～0.05％、Ca：11％、Sr·0.3％、杂质元素总和为0.0001～0.02％、其余为镁。
制备时，按上述配比称料；将纯镁、铝放入预热到650℃坩埚中，并通入保护气体。等加入的炉料完全熔化后，升温至700℃，加入锰、锶、钙镁中间合金等，并继续通入保护气体；当温度升至730℃时搅拌10分钟，使成分均匀，然后通入氩气精炼10分针，精炼后静置30分钟。待降温至680℃～700℃时可用于压铸生产，即可获得本新型钙锶耐热镁合金。产品的力学性能如图1、图2和图3所示，从图中可见，本发明的力学性能明显优于AZ91HP，本发明的力学性能数据如下：
30℃条件下，抗拉强度：180MPa，屈服强度：140MPa，延伸率：1％；
110℃条件下，抗拉强度：190MPa，屈服强度：115MPa，延伸率：2％；
200℃条件下，抗拉强度：115MPa，屈服强度：100MPa，延伸率：2％。
实施例2
按重量百分比配料，其配比为：A l：7.0％；Mn：0.10％、Zn：0.0001～0.01％、Ca：0.5％、Sr：0.1％、杂质元素总和为0.0001～0.01％、其余为镁。制备方法同于实施例1。
实施例3
按重量百分比配料，其配比为：Al：9.0％；Mn：0.45％、Zn：0.0001～0.1％、Ca：2.0％、Sr：0.8％、杂质元素总和为0.0001～0.05％、其余为镁。制备方法同于实施例1。

Claims (2)

1.一种新型钙锶耐热镁合金，其特征在于包括如下重量百分比的组分：
Al：7.0～9.0％；Mn：0.10～0.45％、Zn：0.0001～0.1％、Ca：0.5～2.0％、Sr：0.1～0.8％、Si：0.0001～0.04％、Cu：0.0001～0.01％、Ni：0.0001～0.0015％、Fe：0.000～0.005％、Ee：0.00001～0.00006％、其余为镁。
2.根据权利要求1所述的一种新型钙锶耐热镁合金，其特征在于包括如下重量百分比的组分：
Al：8.0％；Mn：0.30％、Zn：0.0001～0.05％、Ca：1.1％、Sr：0.3％、杂质元素总和为0.0001～0.02％、其余为镁。
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