CN106609331B

CN106609331B - 高塑性压铸镁合金及其成形方法

Info

Publication number: CN106609331B
Application number: CN201611200789.0A
Authority: CN
Inventors: 李德江; 曾小勤; 苏创业; 王乐耘; 邹建新; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: CN106609331A

Abstract

本发明提供了一种高塑性压铸镁合金及其成形方法，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：RE4～8％，Al2～8％，Mn0.3～1.0％，Zn0.5～1.0％，Ca0.1～1.0％，余量为Mg和不可避免杂质。本发明的高塑性压铸镁合金经压铸后，合金的延伸率δ≥15％。本发明制备的高塑性镁合金相比普通的压铸镁合金AZ91，AM60等，延伸率大大提高，同时铸造性能优异，成本低廉，工艺简单，具有很好的实际应用价值。

Description

高塑性压铸镁合金及其成形方法

技术领域

本发明涉及一种高塑性压铸镁合金及其成形方法，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度、比刚度高，电磁屏蔽性能强，减震性能好资源丰富，切削加工型优良等一系列优点，是目前工业应用中最轻的金属结构材料。近年来，环境污染问题日益突出，汽车实现节能减排，汽车材料的轻量化首当其冲。

压力铸造是一种高效率的少、无切削加工方法，它是各种铸造方法中生产铸件精度最高的方法之一，材料的利用率高达90％以上，而且可以获得形状复杂、尺寸精确、粗糙度低的薄壁零件。

普通商业压铸镁合金延伸率都比较低，比如典型的AZ91D、AM60B、AS41A和AE42延伸率分别为3％，6％，4％和10％左右。实际应用中，镁合金结构件经常遭受剪切应力和拉伸应力而断裂，因此，提高压铸镁合金塑形势在必行。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高塑性压铸镁合金及其成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种高塑性压铸镁合金，包括以下质量百分含量的各组分：RE4～8％，Al2～8％，Mn0.3～1.0％，Zn0.5～1.0％，Ca0.1～1.0％，余量为Mg和不可避免杂质。

优选地，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：RE4～8％，Al2～6％，Mn0.4～0.5％，Zn0.5～0.6％，Ca0.2～0.5％，余量为Mg和不可避免杂质。若Mn含量过高，会形成Al-Mn相，合金力学性能下降；含量过低会可能导致合金抗腐蚀能力降低。若Zn含量过高会导致合金热烈问题突出，成型困难；含量过低会导致固溶强化效果差，合金屈服强度降低。

本发明的镁合金中，加入了Ca，其作用是提高高温力学性能，同时有助于细化晶粒；若加入的Ca含量过高，会导致形成较多的块状Mg2Ca，Al2Ca等；含量过低，会导致改善合金性能的作用较弱。

优选地，所述RE为Ce、La中的至少一种。选择Ce和/或La加入镁合金中，可形成RE相，改善合金的微观组织，提高合金塑性和屈服强度。

本发明还提供了一种高塑性压铸镁合金的成形方法，包括以下步骤：

按比例称取原料，预热原料和坩埚；

将镁锭放入坩埚中，升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Zn和Al锭，保温15分钟；

升温至730℃，搅拌后将Mg-RE和Mg-Mn中间合金放入坩埚，保温15分钟；

密封坩埚后在750℃保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼；

精炼完后冷却至730℃保温15分钟，扒渣；

将扒渣后的金属液浇铸至金属模具中，进行压铸，即得。

优选地，所述精炼时间为10分钟，精炼过程中保持均匀搅拌。

优选地，所述金属液浇铸时的温度为700℃。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明制备的高塑性镁合金延伸率≥15％，同时屈服强度保持在150MPa左右，相比普通的压铸镁合金AZ91，AM60等，延伸率大大提高，同时铸造性能优异，成本低廉，工艺简单，具有很好的实际应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1压铸合金的金相照片；

图2为实施例1压铸合金的典型拉伸曲线；

图3为实施例2压铸合金的金相照片；

图4为实施例2压铸合金的典型拉伸曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种高塑性压铸镁合金，包括以下重量百分比的各组分：La6％，Al5％，Mn0.4％，Zn0.6％，Ca0.2％，余量为Mg和不可避免杂质；其制备方法如下：

同时预热原材料(230℃)与坩埚(400℃)，然后将其放入井式电阻坩埚炉中融化。

升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Zn和Al锭，保温15分钟。

升温至730℃，搅拌后将事先预热好的Mg-La，Mg-Mn和Mg-Ca中间合金放入坩埚，保温15分钟。

密封坩埚后在750℃保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼10分钟左右，过程中应保持均匀搅拌且金属液面不动防止氧化，搅拌均匀后断电待金属冷却至730℃。保温15分钟，扒渣。

调整浇注温度到700℃，将金属液浇铸至事先预热的金属模具中，开始压铸过程，表1是压铸参数表。

表1压铸参数表

本实施例制备的镁合金的金相照片如图1所示，拉伸曲线如图2所示。从图中可看出，晶粒为等轴枝晶，尺寸细小均匀，小于20μm，拉伸性能明显优于现有的商业压铸合金AZ91，AM60等。

本实施例制备的镁合金延伸率为15.1％，屈服强度为153MPa。相比传统的商业压铸镁合金AZ91D在保持屈服不降低的前提下，延伸率大大提高。

实施例2

本实施例高塑性压铸镁合金重量百分比为：La、Ce混合稀土8％，Al 6％，Mn0.5％，Zn 0.5％，Ca 0.5％，余量为Mg和不可避免杂质；其制备方法如下：

升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Zn和Al锭，保温15分钟。

升温至730℃，搅拌后将事先预热好的Mg-Ce、Mg-La和Mg-Mn中间合金放入坩埚，保温15分钟。

调整浇注温度到700℃，将金属液浇铸至事先预热的金属模具中，开始压铸过程，表2是压铸参数表。

表2压铸参数表

本实施例制备的镁合金的金相照片如图3所示，拉伸曲线如图4所示。从图中可看出，晶粒为等轴枝晶，尺寸细小均匀，小于20μm，拉伸性能明显优于现有的商业压铸合金AZ91，AM60等。

本实施例制备的镁合金延伸率为15.1％，屈服强度为151MPa。相比传统的商业压铸镁合金AZ91D在保持屈服不降低的前提下，延伸率大大提高。

对比例1

本对比例为现有技术CN103451459A。

第一步，原料配置

按照所制得的镁合金的组成元素的质量百分比是，Al：5％、Mn：0.4％、Si：0.5％、Ce：2％、La：2％、杂质元素Zn≤0.22、杂质元素Cu≤0.01、杂质元素Fe≤0.005、杂质元素Ni≤0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100％，称取商用AM50镁锭10kg、粒径<1mm的纯SiO₂颗粒0.16kg和商购的镁-铈镧中间合金1kg，所用商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al：5％、Mn：0.4％、Zn≤0.22、Cu≤0.01、Fe≤0.005、Si≤0.10、Ni≤0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100％，所用商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg：60％、Ce：20％和La：20％；

第二步，商用AM50镁锭和纯SiO₂原料的预处理

将第一步称取的纯SiO₂在300℃的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO₂为准，将烘干好的纯SiO₂置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；

第三步，镁合金溶液的制备和精炼

将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO₂原料放置于熔化坩埚内进行加热至

所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF₆:CO₂的体积比为1:100的SF₆-CO₂保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730℃，加入精炼剂RJ-2熔剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680℃，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼,所述RJ-2熔剂中含质量百分比为MgCl₂40％、KCl35％、BaCl₂7％、CaF₂4％、杂质元素NaCl+CaCl₂≤8％、MgO≤1.5％、不溶物≤1.5％和H₂O≤3％；

第四步，浇注制成镁合金坯

将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF₆：CO₂的体积比为1:100的SF₆-CO₂保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。

一方面，本对比例适用于重力浇铸，制备的镁合金屈服强度只有119MPa，与实例一的屈服强度153MPa和实例二的屈服强度151MPa对比都较低。该对比例是在Mg-Al-Si合金系基础上加入铈镧优化，而Mg-Al-Si合金本身因为粗大的初生硅和网状的Mg₁₇Al₁₂第二相，伸长率一般低于5％，加入铈镧元素改变第二相形貌和分布，据理论推测，其伸长率应低于10％，测定结果显示本对比制备的镁合金的伸长率为8.6％，依然远低于实例1与实例2的15％。

另一方面，现有技术CN103451459A涉及的制备方法需要对商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理，制备过程较为复杂，而且需要加入SiO2颗粒，本发明的镁合金制备流程简单，直接按顺序加入中间合金即可，另外本发明精炼剂为普通镁合金精练剂，无特别要求。

因此，本发明合金具有更高的延伸率，更高的屈服强度，这是现有技术CN103451459A不能达到的。

对比例2

本对比例提供了一种高塑性压铸镁合金，所述镁合金的元素组成与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例的镁合金组分中，Ca元素含量为0％。

本对比例的镁合金制备方法与实施例1相同。

采用本对比例方法制备的镁合金延伸率为13.5％，屈服强度为124MPa。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种高塑性压铸镁合金，其特征在于，由以下质量百分含量的各组分组成：RE6～8％，Al5～6％，Mn0.4～0.5％，Zn0.5～0.6％，Ca0.2～0.5％，余量为Mg和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的高塑性压铸镁合金，其特征在于，所述RE为Ce、La中的至少一种。

3.一种根据权利要求1所述的高塑性压铸镁合金的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

按比例称取原料，预热原料和坩埚；

精炼完后冷却至730℃保温15分钟，扒渣；

将扒渣后的金属液浇铸至金属模具中，进行压铸，即得。

4.根据权利要求3所述的高塑性压铸镁合金的成形方法，其特征在于，所述精炼时间为10分钟，精炼过程中保持均匀搅拌。

5.根据权利要求3所述的高塑性压铸镁合金的成形方法，其特征在于，所述金属液浇铸时的温度为700℃。