CN104561716A - 一种镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金及制备方法，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分：6.0-7.0wt%的Al，0.8-1.2%wt%的Sn，0.6-1.0%wt%的Nd，0.2-0.4%wt%的Mn，0-0.02%wt%的Zn，余量为镁。通过在AM50合金的基础上，加入适量的金属Sn，Nd和Al，改善合金的性能，使之具有较好的室温强韧性，以满足工业领域的需要。

Description

一种镁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金是21 世纪轻量化材料，镁合金因其具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼性、导热性、切削加工性和铸造性好，另外还具有电磁屏蔽能力强、资源丰富和容易回收等一系列优点，其开发和应用受到越来越多的关注，成为了“最年轻”的金属结构材料之一，被广泛应用于汽车、航空和电子器材等领域。自20世纪90年代以来，国际上对镁合金的需求一直有增长的趋势，尤其是现在提出的汽车节能和环保问题，使得本身具有较轻质量的镁合金得到更大的重视，各大汽车公司都纷纷投入镁合金汽车零部件的开发与生产。

Mg-Al系合金是目前应用最为广泛的压铸镁合金，但其强韧性有限，在一定程度上限制了其应用范围。目前，在常用的Mg-Al系铸造合金中，AZ91是最普遍使用的镁合金，拥有高强度及优良的铸造性能，多用于摩托车，电脑配件，外壳，盖子，家用电器产品的壳体等，但其塑性较差，伸长率仅为3%；塑性较好的AM50或AM60合金被应用于抗冲击载荷、安全性高的场合如车轮、车门等，但是这种合金的强度较低。AS系列的镁合金AS41、AS21和AE系列的AFA2是20世纪70年代开发的耐热压铸镁合金，由于含有硅和稀土而具有较好的耐热性能，但其流动性较差且成本也较高，使其应用较少。再者，尽管稀土元素具有独特的核外电子排布，可以净化合金液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性能等，但是稀土的种类繁多，目前的研究发展也不完善，也限制了其发展。因此，开发具有良好力学性能的镁合金，对扩大镁合金的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有压铸AZ91、AM50及AM60镁合金力学性能的不足之处，提供一种含Sn和Nd的高强韧镁合金及其制备方法。通过在AM50合金的基础上，加入适量的金属Sn，Nd和Al，改善合金的性能，使之具有较好的室温强韧性，以满足工业领域的需要。

1. 一种镁合金，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分：6.0-7.0wt%的Al， 0.8-1.2%wt%的Sn，0.6-1.0 %wt%的Nd，0.2-0.4%wt%的Mn，0-0.02%wt%的Zn，余量为镁。

进一步，所述的镁合金还包括杂质，所述的杂质元素为Si、Fe、Ni、Cu中的至少一种。

进一步，以镁合金的总质量为基准，Si的含量不超过0.03wt%， Fe、Ni、Cu的总含量不超过0.01wt%。

进一步，所述的镁合金室温抗拉强度为230-250MPa，屈服强度为150-170MPa，伸长率为9-11%。

一种镁合金的制备方法，包括以下步骤：将镁合金的母合金锭在熔炉中熔化后，将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入熔体中，搅拌、静置10-20分钟后在金属型模具中进行浇注得到铸件；所述的镁合金母合金锭是镁合金AM50铸锭；所述镁合金中各组成元素的重量百分比为：6.0-7.0wt%的Al， 0.8-1.2%wt%的Sn，0.6-1.0 %wt%的Nd，0.2-0.4%wt%的Mn，0-0.02%wt%的Zn，余量为镁。

进一步，该制备方法还包括镁合金AM50铸锭在熔炉中熔化之前，将镁合金AM50铸锭预热至150-200℃的步骤。

进一步，该制备方法还包括将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入镁合金AM50铸锭的熔体前，将熔体温度升至720℃的步骤。

进一步，该制备方法还包括将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入镁合金AM50铸锭的熔体前进行预热步骤。

进一步，所述的镁合金AM50铸锭在熔炉中熔化步骤在混配气体的保护下进行，所述的混配气体为SF6和N2。

进一步，所述的浇注后的铸件在电阻坩埚炉中进行固溶处理，温度为410℃，时间为8-10h。

本发明的有益效果在于：

1. 通过本发明方法制备的镁合金，合金中添加的Sn、Nd元素提高了镁合金的强韧性；添加Sn元素可以提高镁合金的流动性、降低镁合金的热裂敏感性。Sn元素是镁合金中典型的具有析出强化作用的元素，Sn与Mg可形成的颗粒状Mg2Sn强化相，有助于提高合金的强韧性；稀土元素Nd可以净化合金液，细化合金组织，改善脆性相Mg₁₇Al₁₂的形貌及分布，有助于提高合金的强度和伸长率，Nd原子半径与Mg原子半径相差较大，具有明显的固溶强化的作用。本发明的合金可通过固溶处理进一步改善合金的综合力学性能。

2. 通过本发明方法制备的镁合金，合金中添加了金属铝：其一，弥补了由于添加Nd形成Al₁₁Nd₃而消耗的Al元素；其二，增加合金中的Al含量能够提高合金的流动性，以利于铸造成形。

3. 本制备工艺使用的母合金AM50来源广泛，熔炼工艺成熟，通用性强，易于实现工业化生产。

4. 通过本发明方法制备的镁合金，室温抗拉强度为230-250MPa，屈服强度为150-170MPa，伸长率为9-11%，具有良好的室温强韧性，其性能指标明显优于商用AZ91和AM50合金。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

实施例1

选用工业用镁合金AM50为母合金，将合金预热至150℃，并在六氟化硫SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至720℃，将纯Al，纯Sn和Mg-Nd中间合金预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，静置10分钟，然后在金属型模具中进行浇注。浇注后的铸件在电阻坩埚炉中进行410℃×8h固溶处理。

获得的铸件的成分如下表所示（质量百分比）：

Sn	Nd	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								0.81	0.95	6.92	0.32	0.016	0.025	0.008	余量

室温抗拉强度为249.6MPa，屈服强度为168.9MPa，伸长率为9.5%。

实施例2

选用工业用镁合金AM50为母合金，将合金预热至180℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至720℃，将纯Al，纯Sn和Mg-Nd中间合金预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，静置15分钟，然后在金属型模具中进行浇注。浇注后的铸件在电阻坩埚炉中进行410℃×9h固溶处理。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

室温抗拉强度为235.8MPa，屈服强度为154.7MPa，伸长率为10.8%。

实施例3

选用工业用镁合金AM50为母合金，将合金预热至200℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至720℃，将纯Al，纯Sn和Mg-Nd中间合金预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，静置20分钟，然后在金属型模具中进行浇注。浇注后的铸件在电阻坩埚炉中进行410℃×10h固溶处理。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

室温抗拉强度为242.2MPa，屈服强度为161.7MPa，伸长率为10.0%。

Claims (10)

1.一种镁合金，其特征在于以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分：6.0-7.0wt%的Al， 0.8-1.2%wt%的Sn，0.6-1.0 %wt%的Nd，0.2-0.4%wt%的Mn，0-0.02%wt%的Zn，余量为镁。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金，其特征在于，所述的镁合金还包括杂质，所述的杂质元素为Si、Fe、Ni、Cu中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种镁合金，其特征在于，以镁合金的总质量为基准，Si的含量不超过0.03wt%， Fe、Ni、Cu的总含量不超过0.01wt%。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金其特征在于：所述的镁合金室温抗拉强度为230-250MPa，屈服强度为150-170MPa，伸长率为9-11%。

5.一种镁合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将镁合金的母合金锭在熔炉中熔化后，将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入熔体中，搅拌、静置10-20分钟后在金属型模具中进行浇注得到铸件；所述的镁合金母合金锭是镁合金AM50铸锭；所述镁合金中各组成元素的重量百分比为：6.0-7.0wt%的Al， 0.8-1.2%wt%的Sn，0.6-1.0 %wt%的Nd，0.2-0.4%wt%的Mn，0-0.02%wt%的Zn，余量为镁。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括镁合金AM50铸锭在熔炉中熔化之前，将镁合金AM50铸锭预热至150-200℃的步骤。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入镁合金AM50铸锭的熔体前，将熔体温度升至720℃的步骤。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括将铝锭、锡锭和镁钕中间合金锭加入镁合金AM50铸锭的熔体前进行预热步骤。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的镁合金AM50铸锭在熔炉中熔化步骤在混配气体的保护下进行，所述的混配气体为SF₆和N₂。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的浇注后的铸件在电阻坩埚炉中进行固溶处理，温度为410℃，时间为8-10h。