CN104278181A - 一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金 - Google Patents

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吴明
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Abstract

本发明涉及一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金。本发明准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金是由以下重量配比的组分组成(wt%)：5.7%～6.3%Al、0.8%～4.2%Zn、0.2%～1.2%Y、0.2%～0.8%Mn，其余为镁和不可避免杂质。其中，加入的Mg-Zn-Y-Mn中间合金各元素重量配比为：40%～50%的Zn、8%～12%的Y和1.5～2.8%%的Mn，其余为镁。在AM60镁合金的基础上，通过调整工艺参数，加入一定量的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，既保留了该Mg-Al-Mn系镁合金塑性高的优点，又改善了合金的强度，提高了硬度，使得新的镁合金的综合性能得到明显的提高。

Description

一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金
技术领域
本发明涉及一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金材料，属于金属材料类领域。
背景技术
镁合金具有高的比强度和刚度、减震性能、磁屏蔽性能、切削性能及可回收性，使得镁合金近年来在工业上得到了越来越广泛的应用。其中，又以镁合金在汽车零部件中的应用为重点，以满足汽车工业轻量化的要求。由于汽车轮毅等零部件需要具有较高强度和较高塑性的材料，并且要求耐磨，耐腐蚀，表面光洁度好，能在较恶劣的环境条件下使用，所以镁合金在汽车上的应用是研究应用的热点。Mg-Al-Mn系镁合金由于含Al量较低，使合金中含Al的二次化合物的析出量有所减少，故该合金的塑性和韧性较高，强度则偏低，从而Mg- Al-Mn系镁合金的综合性能仍达不到汽车轮毅等零件的使用要求，尤其是强度方面，目前，提高其强度的有效的途径主要有合金化、强化相增强、变质和晶粒细化处理等。研究表明：准晶强化能够提高合金的力学性能和耐腐蚀性等，因而引起了人们的积极关注。
准晶是一种同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，具有高硬度、良好的热力学稳定性、低摩擦系数、低界面能和耐蚀等特点，适合于作韧性基体材料中的强化相，具备改善镁合金性能的基本条件。
发明内容
本发明针对目前Mg-Al-Mn系镁合金强度低的状况，提供了一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金的制备技术。在Mg- Al-Mn系的AM60镁合金的基础之上，通过适当工艺加入一定量的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，这样既保留了该系合金塑性高的优点，又改善合金的强度。该合金是由质量百分比为90%~99%的AM60镁合金和质量百分比为1%~10%的Mg-Zn-Y-Mn中间合金制成。与传统AM60镁合金相比，本发明制得的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金在综合性能方面得到明显提高，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到：182~205MP、89~116MP、6.5~7.9%，可见，对比AM60镁合金，新合金的强韧性有了明显的提高，而塑性高的优点也得到了进一步增强。采用所发明的制备工艺，合金液温度相对较低，Y损耗少，Mg氧化轻，Zn挥发量少，Mn容易加入，成分易于控制，从而提升了合金品质，制造成本低。
本发明的特点在于：通过添加Mg-Zn-Y-Mn中间合金到Mg-Al-Mn镁合金中，通过晶粒细化作用、共晶强化弥散强化，在不明显降低该系镁合金优良塑性的前提下有效提高了镁合金的强度、硬度等性能。金相组织显示，Mg-Zn-Y-Mn中间合金中存在大量呈亮灰色的细小球状的Mg-Zn-Y-Mn准晶和呈层片状的共晶组织，准晶颗粒细小，呈球形状并且弥散分布，产生弥散强化和细晶强化作用，层片状的共晶组织产生共晶强化作用，所以Mg-Zn-Y-Mn准晶产生的弥散强化、细晶强化作用以及共晶组织产生的共晶强化作用是使合金力学性能得到明显提高的主要原因。
本发明是通过以下措施来实现的：本发明准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金是由以下重量配比的组分组成(wt%)：5.7%~6.3%Al、0.8%~4.2%Zn、0.2%~1.2%Y、0.2%~0.8%Mn，其余为镁和不可避免杂质。其中，加入的Mg-Zn-Y-Mn中间合金各组元重量配比为：40%~50%Zn、8%~12%Y和1.5~2.8%%Mn，其余为镁。
本发明材料的制备方法采用以下步骤：先制备Zn-10%Mn中间合金和Mg-30%Y中间合金，再将Zn-10%Mn中间合金、Mg-30%Y中间合金、纯镁锭和纯锌锭一块熔炼，制得Mg-Zn-Y-Mn中间合金，在AM60合金熔炼过程中加入Mg-Zn-Y-Mn中间合金，浇注成形，从而熔炼获得该发明材料。
本发明的准晶增强Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金的制备方法为：
（1）按重量配比为30%Y、70%Mg为原料，放入铸铁坩埚中加热熔化并升温至800~850℃，搅拌均匀后浇注金属型，制得Mg-30%Y中间合金，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。按重量配比为10%Mn、90%Zn为原料，放入普通坩埚中加热熔化升温至600~680℃，搅拌均匀后浇注金属型，制得Zn-10%Mn中间合金。
（2）按重量配比为40%~50%Zn、8%~12%Y和1.5~2.8%%Mn，其余为镁为原料（其中，Y以Mg-30%Y中间合金、Mn以Zn-10%Mn中间合金形式），放入铸铁坩埚中加热熔化并升温至760℃~790℃，搅拌均匀后，静置25~35分钟后浇注金属型，制得Mg-Zn-Y-Mn中间合金。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。
（3）将制得的Mg-Zn-Y-Mn中间合金加入到AM60镁合金中，AM60镁合金的成分按重量百分比为5.7%~6.3%Al、0.23%~0.3%Mn，其余为镁。具体过程为：以所需要的重量百分比的AM60镁合金和Mg-Zn-Y-Mn中间合金为原料，把AM60镁合金放入预热到200~350℃铸铁坩埚加热，并通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，待合金完全熔化、熔体温度达到720~750℃时，加入预热到200~300℃的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，待中间合金完全熔化并且合金液升温至730℃~750℃后，搅拌均匀，静置15~25分钟后浇注铁模具中凝固成形，得到一种准晶相相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金。

Claims (10)

1.一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金材料，其特征在于其组成按质量百分比是5.7%~6.3%Al、0.8%~4.2%Zn、0.2%~1.2%Y、0.2%~0.8%Mn，其余为镁和不可避免杂质。
2.该合金是由质量百分比为90%~99%的AM60镁合金和质量百分比为1%~10%的Mg-Zn-Y-Mn中间合金制成。
3.如权利要求1所述的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，其特征在于其组成按质量百分比是40%~50%Zn、8%~12%Y和1.5~2.8%%Mn，其余为镁。
4.如权利要求1所述的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，其特征在于其组成按质量百分比是6.0%Al、2.8%Zn、0.7%Y、0.47%Mn，其余为镁和不可避免杂质。
5.如权利要求1所述的Mg-Zn-Y-Mn中间合金的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
按重量配比为30%Y、70%Mg为原料，放入铸铁坩埚中加热熔化并升温至800~850℃，搅拌均匀后浇注金属型，制得Mg-30%Y中间合金，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。
6.按重量配比为10%Mn、90%Zn为原料，放入普通坩埚中加热熔化升温至600~680℃，搅拌均匀后浇注金属型，制得Zn-10%Mn中间合金。
7.按重量配比为40%~50%Zn、8%~12%Y和1.5~2.8%%Mn，其余为镁为原料（其中，Y以Mg-30%Y中间合金、Mn以Zn-10%Mn中间合金形式），放入铸铁坩埚中加热熔化并升温至760℃~790℃，搅拌均匀后，静置25~35分钟后浇注金属型，制得Mg-Zn-Y-Mn中间合金。
8.熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。
9.将制得的Mg-Zn-Y-Mn中间合金加入到AM60镁合金中，AM60镁合金的成分按重量百分比为5.7%~6.3%Al、0.23%~0.3%Mn，其余为镁。
10.具体过程为：以所需要的重量百分比的AM60镁合金和Mg-Zn-Y-Mn中间合金为原料，把AM60镁合金放入预热到200~350℃铸铁坩埚加热，并通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，待合金完全熔化、熔体温度达到720~750℃时，加入预热到200~300℃的Mg-Zn-Y-Mn中间合金，待中间合金完全熔化并且合金液升温至730℃~750℃后，搅拌均匀，静置15~25分钟后浇注铁模具中凝固成形，得到一种准晶相增强的Mg-Al-Mn-Zn-Y镁合金。
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