CN106661682A - 用于压铸的抗蠕变、可延展的镁合金 - Google Patents

用于压铸的抗蠕变、可延展的镁合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于镁的合金，其包含2.6‑5.5重量％铝(Al)，2.7‑3.5重量％镧(La)，0.1‑1.6重量％铯(Ce)，0.14‑0.50重量％锰(Mn)，0.0003‑0.0020重量％铍(Be)，和任选的最高达0.35重量％锌(Zn)，最高达0.40重量％锡(Sn)，最高达0.20重量％钕(Nd)和最高达0.10重量％镨(Pr)，其余是镁和不可避免的杂质。所述合金适用于高温应用，其结合了优异的可浇铸性与出众的耐腐蚀性以及良好的抗蠕变性、延展性、冲击强度和导热性。所述合金特别适用于高压压铸工艺。

Description

用于压铸的抗蠕变、可延展的镁合金
发明领域
本发明提供了一组用于高温应用的基于镁的合金，所述基于镁的合金结合了优异的可浇铸性和良好的抗蠕变、高延展性和冲击强度，以及出众的耐腐蚀性。本发明的合金优选专用于高压压铸工艺。本发明提供通过高压压铸以锭料形式制备上述合金的方法。
背景技术
旨在减少车辆重量的镁合金的使用正逐年增长，这是由于它们特别有利的一系列性质，例如低密度、高强度/重量比、良好的可浇铸性、易机械加工性和良好的阻尼特性。绝大多数所述增长与由AZ和AM族的市售镁合金制备的内饰部件有关，所述市售镁合金仅可在最高达100℃的温度下操作，因此不能用于动力系统组件，动力系统组件需要在高达150-175℃的温度下应用。扩展Mg合金在运输工业中的用途的主要问题与Mg合金的蠕变性能、可浇铸性、腐蚀性能和成本有关。
市售的Mg-Al-Zn体系的压铸镁合金，例如AZ91D，和Mg-Al-Mn体系的压铸镁合金，例如AM50A和AM60B具有良好的可浇铸性、改善的耐腐蚀性以及在环境温度下具有吸引力的机械性质。不过，上述合金显示在升高的温度下强度的不足、差的抗蠕变性和差的螺栓负荷保持(bolt load retention)性质。因此，这些合金仅能在低于110℃的温度下使用。近年来，基于Mg-Al-Ca、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Ca-Sr、Mg-Al-Sr-RE和Mg-Al-Ca-Re合金体系，已经开发了几种抗蠕变镁合金。应注意，碱土元素如Ca和Sr的使用需要Al含量不少于6％，从而避免与模具粘结以及增加的对热裂纹的易感性。不过，增加的Al含量导致了抗蠕变性和导热性的劣化，这两者对于Mg合金用作LED照明设备外壳的应用是非常重要的性质，该应用在过去五年中以前所未有的速度进入到汽车工业中。对于这样的应用，可考虑基于Mg-Al-RE合金体系的抗蠕变镁合金作为有希望的备选者。已开发并阐述了几种抗蠕变压铸Mg-Al-RE合金。FR 2090881和DE 2122148涉及一种镁合金，其含有0.9-6.5重量％Al，0.24-10重量％RE，0-1.5重量％Mn，和常规杂质，其中使用RE元素用作含有50-60％Ce、15-30％La和其余的钕镨混合物(Didymium)的Ce基混合稀土金属(mischmetal)，所述钕镨混合物通常是3:1的Nd和Pr混合物。US 6467527涉及一种用于镁合金的压铸方法，所述镁合金包含1-10重量％Al，0-1.5重量％Mn，和至少一种选自0.2-5.0重量％RE金属、0.02-5.0重量％Ca和0.2-10.0重量％Si的合金元素。WO2005/108634阐述了一种镁合金，其包含1-10重量％Al，1-8重量％RE元素(其中RE元素的40％或更多是Ce)、0-0.5重量％Mn、0.0-1.0重量％Zn、0-3.0重量％Ca和0.0-3.0重量％Sr。EP 1957221公开了镁合金的压铸方法，所述镁合金包含2.0-6.0重量％Al，3.0-8.0重量％RE元素(其中RE元素的40％或更多是Ce)、0.0-0.5重量％Mn、0.0-1.0重量％Zn、少于0.01重量％Ca、少于0.01重量％Sr，余量为不可避免的杂质。US 2009/0116993阐述了镁合金，其含有3.0-5.0重量％Al，0.4-2.6重量％Ce，0.4-2.6重量％La，0.2-0.6重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni杂质的总量小于0.03重量％。CN 102162053公开了镁合金的制备，所述镁合金包含3.0-5.0重量％Al，3.5-4.5重量％Ce基混合稀土金属和0.08-0.15重量％Ca。CN 102776427涉及一种镁合金，其包含3.5-4.4重量％Al，0.17-0.25重量％Mn和5.5-6.4重量％RE元素，所述RE元素中Ce、La和Nd分别为35-40重量％、60-55重量％和5重量％。另外，CN 101440450阐述了镁合金，其含有3.5-4.5重量％Al，1.0-6.0重量％La，0.2-0.6重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni杂质的总量小于0.03重量％。CN 104046871公开了一种镁合金，其包含3.5-4.5重量％Al，2.5-3.5重量％La，1.5-3.0重量％Sm，0.2-0.4重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni杂质的总量小于0.03重量％；应注意，昂贵元素Sm的存在使得上述发明不切实际并不适用于工业生产。
本发明的一个目的是提供抗蠕变镁基合金，其适用于升高的温度的应用，并显示出众的能量吸收性质和在腐蚀环境中良好的性能。
本发明的另一目的是提供一种用于制备上述合金的锭料的方法。
本发明的另一目的是提供特别适用于高压压铸工艺的合金，并且其具有高压铸率。
本发明的另一目的是提供对热裂纹和与模具的粘着具有低易感性的合金。
本发明的另一目的是提供具有提高的导热性的合金。
本发明的另一目的是提供在环境温度和升高的温度下具有改善的支撑(bearing)和剪切性质的合金。
本发明的另一目的是以可负担的成本提供具有前述性能和性质的合金。
如下所述将认识到本发明的其他目的和优势。
发明内容
本发明提供一种镁合金，其包含2.6-5.5重量％铝(Al)；2.7-3.5重量％镧(La)；0.1-1.6重量％铯(Ce)；0.14-0.50重量％锰(Mn)；0.0003-0.0020重量％铍(Be)，和任选的0.00-0.35重量％锌(Zn)，0.00-0.40重量％锡(Sn)，0.00-0.20重量％钕(Nd)，0.00-0.10重量％镨(Pr)，其余是镁和不可避免的杂质。在本发明的一些实施方式中，Zn可为0.02-0.33重量％，Sn为0.02-0.38重量％，Nd为0.02-0.18重量％，Pr为0.01-0.09重量％。
在本发明优选的实施方式中，所述合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.3-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0020重量％Be。在本发明另一优选的实施方式中，所述合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在本发明另一优选的实施方式中，所述合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。
本发明涉及一种制备镁合金的方法，所述镁合金结合了良好的可浇铸性、抗蠕变性与腐蚀性能以及高延展性、冲击强度和导热性，所述方法包括使2.6-5.5重量％Al；2.7-3.5重量％La；0.1-1.6重量％Ce；0.14-0.50重量％Mn；0.0003-0.0020重量％Be，和任选的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是镁和不可避免的杂质成为合金，其中所述合金阶段从将纯Mg(至少99％Mg)和/或第一或第二Mg-Al母合金加入合金炉开始，所述第一或第二Mg-Al母合金含有小于99重量％Mg，最多至10.5重量％Al，最多至0.9重量％Zn和最多至1.5重量％Mn，其中上述组分的总质量最多占最终熔体质量的105重量％。在如本发明所述的方法中，可将纯Mg和/或Mg-Al合金以固体状态加入到合金炉中或以熔融状态从其它熔融设备进料。在本发明的方法中，可以锭料形式或以洁净的压铸废料将固体Mg-Al合金加入到合金炉中。在本发明的方法中，可以纯金属和/或以La基混合稀土金属和/或Ce基混合稀土金属的形式将La和Ce加入到合金炉中。在如本发明所述的方法中，所述镁合金优选包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0012重量％Be。所述镁合金可包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在其他实施方式中，在如本发明所述的方法中，所述镁合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。优选地，在本发明的方法中，所述合金过程在670-730℃的温度下进行。在本发明的方法中，设定温度优选为650-690℃。在根据本发明的方法的优选实施方式中，将所述合金浇铸成重量为约6-23kg的锭料。
本发明提供一种镁合金的压铸方法，所述镁合金包含2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be，和任选的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是镁和不可避免的杂质，其中(i)将所述合金以15-65％的压铸储筒填充比(shot sleevefilling ratio)在温度为100-340℃的模具中浇铸；(ii)在5-250毫秒的时间内填充所述模具，同时在浇铸过程中将静态金属压力保持在15-120MPa；(iii)熔融金属在模具内的停留时间为3-15秒。在所述方法中浇铸温度优选为660-730℃，例如670-710℃。在所述方法的一个优选的实施方式中，所述镁合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0012重量％Be。在所述方法的另一优选实施方式中，所述镁合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.03-0.08重量％Zn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在所述方法的另一优选实施方式中，所述镁合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.05重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。本发明的压铸方法通常使得在环境温度和150℃下所述合金的TYS值分别至少为144MPa和118MPa。根据本发明的压铸方法通常使得所述合金的伸长率和冲击强度分别为至少12％和至少19J。
本发明涉及通过浇铸镁合金制备的制品，所述镁合金包含2.6-5.5重量％铝(Al)；2.7-3.5重量％镧(La)；0.1-1.6重量％铯(Ce)；0.14-0.50重量％锰(Mn)；0.0003-0.0020重量％铍(Be)，和任选的0.00-0.35重量％锌(Zn)，0.00-0.40重量％锡(Sn)，0.00-0.20重量％钕(Nd)，0.00-0.10重量％镨(Pr)，其余是镁和不可避免的杂质。浇铸优异制品的合金的特征在于在环境温度和增加的温度下良好的机械性质、导热性、腐蚀性质、蠕变性能和浇铸性能的有利组合。
在20℃和150℃下，根据本发明的合金的支撑屈服强度(Bearing YieldStrength，BYS)分别为至少310MPa和至少250MPa，例如分别为至少320MPa和至少264MPa。在20℃和150℃下，根据本发明的合金的剪切强度分别为至少160MPa和至少130MPa。在20℃、150℃和175℃下，根据本发明的合金的拉伸屈服强度(TYS)通常分别为至少114MPa、至少118MPa和至少107MPa。在20℃、150℃和175℃下，根据本发明的合金的最终拉伸强度通常分别为至少250MPa、至少165MPa和至少135MPa，例如分别为至少252MPa、至少174MPa和至少140MPa。在20℃下，根据本发明的合金的伸长率通常至少为12％，在20℃下冲击强度至少为19J。
在150℃和175℃下，根据本发明的合金在200小时内产生0.2％应变的蠕变强度，通常分别为至少95MPa和80MPa，例如分别为至少97MPa和82MPa。在150℃和175℃下，在初始80MPa的应力下，螺栓负荷保持通常分别为至少69％和51％。
在20℃下，根据本发明的合金的导热性为至少85W/K.m，例如至少86W/K.m。
在SAE J2334循环腐蚀测试下，根据本发明的合金的腐蚀速率最高为1mpy，优选最高为0.79mpy。
当以伸长率的相对减少测量时，对于根据本发明的合金的延展性在150℃下老化的脆化效应最多为20％，例如最多为15％。
附图简要说明
本发明的上述和其它特征与益处会更容易地通过以下实施例并参考所附表格显示，其中：
图1是表1，显示了根据本发明的合金以及比较合金的化学组成；
图2显示了用于评估对于热裂纹易感性的铸造丸粒(casting shot)。
图3是表2，显示了在评估对于热裂纹易感性时使用的压铸参数；
图4是表3，显示了不同合金的裂纹连接百分数和压铸参数；
图5是表4，显示了所述合金的支撑、剪切、拉伸和冲击强度性质。
图6是表5，显示了所述合金的蠕变性能、螺栓负荷保持性质、耐腐蚀性和导热性；以及
图7是表6，显示了基于老化条件的拉伸性质的变化。
优选实施方式详述
已发现，当包含某些下述元素时，以可承受的成本获得具有可浇铸性、机械性能和腐蚀性能以及导热性的优异组合的镁合金。本发明提供一组镁基合金，其包含2.6-5.5重量％铝(Al)，2.7-3.5重量％镧(La)，0.1-1.6重量％铯(Ce)，0.14-0.50重量％锰(Mn)，0.0003-0.0020重量％铍(Be)，和任选的最多至0.35重量％锌(Zn)，最多至0.40重量％锡(Sn)，最多至0.20重量％钕(Nd)，最多至0.10重量％镨(Pr)。本发明的合金可包含在镁合金中通常存在的伴随杂质。所述合金可包含最多至0.004重量％Fe，最多至0.002重量％Ni，最多至0.08重量％Si和最多至0.01重量％Cu。
本发明涉及由镁合金浇铸制备的制品，所述镁合金包含2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be；和任选的最多至0.35重量％Zn，最多至0.40重量％Sn，最多至0.20重量％Nd和最多至0.10重量％Pr。
所述浇铸优选为高压压铸，不过其也可是触变铸模、半固体浇铸、挤压铸造和重力浇铸以及低压浇铸。
本发明的合金在室温和升高的温度下都具有优异的支撑和剪切性质。所述合金还具有优异的可浇铸性，并结合了出众的耐腐蚀性以及冲击强度性质、优异的蠕变性能和螺栓负荷保持性质，以及极佳的延展性、冲击强度性质和导热性。与镧和铯形成合金使得在Mg-Al固溶体的晶粒边界处形成稳定的金属间化合物。在升高的温度下这些金属间化合物的增强的稳定性使得在最高至至少175℃的工作温度下具有优异的合金性能。本发明的合金还显示对于热剪切的低易感性并在高压压铸过程中、触变铸模和其它浇铸过程中不易于与模具粘着和焊接。它们还具有优异的流动性并不易于氧化和燃烧。
本发明的合金具有在最高达200℃的温度下极佳的冲击强度、支撑强度和剪切强度，并结合了优异蠕变性质和螺栓负荷保持性质。对于所述新型合金，在200小时内产生0.2％应变的蠕变强度在150℃的测试温度下为97-108MPa，在175℃的测试温度下为80-88MPa。根据本发明的合金具有优异的支撑屈服强度(BYS)，其通常为320MPa或更高，所述BYS值在室温下优选为330MPa或更高。在150℃下，BYS值通常大于264MPa，例如270MPa或更高。根据本发明的合金显示了拉伸屈服强度、最终拉伸强度、伸长率与冲击强度性质的极佳组合。这些合金不易于在150℃下的长期老化下脆化，150℃下的长期老化模拟了很大程度上的工作条件。合金的冲击强度通常为约20J，而伸长率通常约15％。合金的剪切强度在环境温度下通常为约160MPa或更高，在150℃下通常为约130MPa或更高；所述剪切强度值在一些实施方式中在环境温度下为165MPa或更高，在150℃下为135MPa或更高。所述合金的导热性通常为约85W/K.m或更高。根据本发明的合金结合了优异的支撑性质和剪切性质以及极佳的延展性、蠕变性能和螺栓负荷保持性质。这些合金也比对照合金具有更好的抗腐蚀性
镁基浇铸合金，其具有如本发明所述的化学组成，如上文所述其在机械性能、工艺性能和腐蚀性能上胜过现有技术合金。这些性质包括优异的熔融金属性能和可浇铸性，并结合了改善的支撑、剪切、拉伸和冲击强度性质以及优异的耐腐蚀性和抗蠕变性、延展性和螺栓负荷保持性质。本发明的合金包含铝、镧、铯、锰和铍。如下文所讨论的，所述合金还可包含其它元素作为额外成分或伴随杂质。
本发明的镁基合金包含2.6-5.5重量％铝。如果铝浓度低于2.6重量％，合金会显示差的可浇铸性、特别低的流动性、不足的强度性质和在锭料的顶表面上形成收缩的显著趋势，这在一些情况中甚至可导致裂纹形成。另一方面，铝浓度高于5.5重量％导致对于热裂纹明显较低的易感性，延展性、冲击强度性质、支撑强度、抗蠕变性、螺栓负荷保持性质和导热性的劣化。
镧和铯的优选范围分别为2.7-3.5重量％和0.1-1.6重量％。上述两种元素与铝形成稳定的低共熔金属间化合物，其阻碍了晶粒滑动。此外，将La和Ce进行合金能防止脆性的Mg17Al12金属间化合物形成。这些因素一起改善了抗蠕变性。此外，意想不到地发现，当La是主导合金元素时，主要的金属间化合物是Al11(La,Ce)3。该相与Al2(Ce,La)金属间化合物相相比更加优选，Al2(Ce,La)金属间化合物相主要形成富含Ce的合金。这与以下因素有关：在Al11(La,Ce)3金属间化合物相中，多于3.5个铝原子与一个RE元素原子结合，而在Al2(Ce,La)金属间化合物相中仅有2个Al原子与一个RE元素原子结合。因此，一旦Al11(La,Ce)3低共熔金属间化合物形成，用于抑制对抗蠕变性有害的Mg17Al12金属间化合物的形成的RE元素所需的浓度较低。另一方面，在相同浓度的La和Ce条件下，在Al11(La,Ce)3金属间化合物的情况中比在Al2(Ce,La)金属间化合物的情况中形成更多的低共熔相。这进而得到了缩短的凝固范围以及更低的对于热裂纹的易感性。
如果镧含量低于2.7重量％，其不能形成足量的Al11(La,Ce)3金属间化合物，从而导致抗蠕变性的劣化并增加了热裂纹的趋势。应理解，富含La的Al11(La,Ce)3金属间化合物比富含Ce的金属间化合物更稳定。另一方面，La含量高于3.5％导致在压铸炉中减少的流动性、过量的氧化和熔融损失、需要额外搅拌，并且由于La比Mg贵得多而产生的不必要的额外增加的合金成本。La的影响与Ce联用时更显著。Ce含量小于0.1％不明显影响Al11(La,Ce)3金属间化合物的形成。Ce浓度高于1.6％使得以牺牲Al11(La,Ce)3金属间化合物为代价，密集形成较不希望的Al2(Ce,La)金属间化合物相。此外，这也导致在压铸车间内减少了合金的流动性，增加了不搅拌时的熔融损失，并且不必要地额外增加了合金的成本。本发明的合金中加入铍的量为0.0003-0.0020重量％，以防止燃烧以及减少浮渣和沉渣的形成。Be含量低于0.0003％不能提供有效的对抗氧化的保护。Be含量高于0.0020％导致被非金属包含物污染并不合理地增加合金成本。
还意想不到地发现，在最多至0.35重量％的范围内，例如0.05-0.25重量％的少量Zn的添加可改善可浇铸性和抗蠕变性。另一方面，Zn含量高于0.35％导致增加了模具粘着的趋势和抗蠕变性的劣化。Zn的有益效果在Sn以最多至0.40重量％的范围内存在时更为显著。Sn含量高于0.40重量％可导致抗蠕变性的劣化并无端地增加了合金成本。本发明的合金含有少量铁、铜和镍，以保持低的腐蚀速率。优选少于0.004重量％铁，更优选少于0.003重量％铁。可通过添加锰得到低的铁含量。合金中最小残留锰含量为0.14重量％时可以得到少于0.003重量％的铁含量。以高于0.50重量％的量添加Mn导致延展性和冲击强度的减少、无端地增加合金成本以及在锭料再熔融和高压压铸处理之前的熔融保持过程中形成过量的沉渣。任选地，本发明的合金还可包含最多至0.20重量％钕，和最多至0.10重量％镨。
本发明的镁合金具有高的冲击强度、支撑强度和剪切强度，以及提高的延展性，并结合了优异的抗蠕变性和螺栓负荷保持性质。所述镁合金还具有优异的可浇铸性和耐腐蚀性。
本发明将在以下实施例中进一步描述并说明。
实施例
一般过程
使用具有由低碳钢制备的120升坩锅的电阻炉进行一系列实验。在熔融和保持过程中，熔体受到CO2+0.5％HFC134a的气体混合物的保护。
使用不同的起始材料制备试验合金：9980A级纯Mg以及包含0.001-10.5重量％铝、0.05-2.5重量％锰和0.001-1.5重量％Zn的AM和AZ合金体系的镁合金(例如M2、AM20、AM50、AM60、AM100、AZ91D)。以锭料形式或以洁净的压铸废料形式使用上述合金。在670-730℃的温度范围内进行合金过程。
锰－将含有60-90％Mn的Al-Mn母合金、压缩的Mn粉末和含有约2％Mn的M2镁合金用于与Mn成为合金。根据母合金中的锰浓度，以700-740℃的熔融温度将上述材料加入到熔融金属中。
铝－在一些情况中将含有少于0.2％杂质的市售的纯Al用于化学组成校正。
稀土元素－主要使用含有70-80％La+20-30％Ce的镧基混合稀土金属和含有65％Ce+35％La的铯基混合稀土金属。此外，部分使用纯La、纯Nd和纯Pr，与含有50％Ce+25％La+20％Nd+5％Pr的铯基混合稀土金属一起使用。
锡－使用杂质含量少于0.5％的纯锡。
锌－使用杂质含量少于0.3％的纯锌。
铍－将最高至20ppm的铍以母合金Al-1％Be的形式加入到新合金中，随后在浇铸前在650-690℃的温度下使熔体沉淀。
获得所需组成之后，将所述合金浇铸成12kg锭料。在所有实验锭料的表面上都没有观察到燃烧或氧化。
在第二阶段，使用具有2吨容量的合金炉在工业条件下进行上述实验。在上述实验中，以熔融态将纯Mg或Mg合金从具有20吨容量的连续精制炉转移到合金炉中。合金制备和沉淀之后，在不同实验中将熔融的金属浇铸成重量为6-23kg的锭料。
使用火花发射光谱仪(spark emission spectrometer)进行化学分析。
用带有345吨锁模力的IDRA OL-320冷却室压铸机得到压铸试样。
人工进行模具润滑(Acheson cp-593润滑剂)和金属装液。CO2+0.5％HFC134a的混合物作为保护气体以20升/分钟的流速使用。
对于不同的组成和实验，浇铸温度在660-720℃范围内变化，而模具温度在100-340℃范围内变化。在5-250毫秒的时间内填充模具。压铸储筒填充比在15-65％的范围内变化。在浇铸过程中保持的静态金属压力在15-120Mpa范围内变化。在模具内熔融金属的停留时间在3-15秒范围内变化。
使用如图2所示的特别设计的测试部件进行合金对于热裂纹的易感性的评估的实验。
实验浇铸前，根据各个合金的物理性质，对图2所示的测试部件的主要的HPDC工艺参数，例如注射曲线、熔融温度和模具温度进行优化。所述部分被分成多段。每段包括在不同壁厚间的连接。冲击强度试样用于评估整个测试部件的性能均匀性，其不在本发明中阐述。
使用SIEFERT ERSCO 200MF恒电位X射线管对所有HPDC样品进行X射线检查。表1表示检查的工艺参数。对于各个测试合金，使用第二相速度、不同的强化压力和熔融金属温度作为可变参数。选择这些参数从而形成凝固收缩，其进而在浇铸凝固过程中引起热裂纹。对于表2中所列的24种变化形式中的每种，压铸10个组件从而获得代表性结果。
如图2中可看到的，将热裂纹评估部件设计成具有不同厚度从而提供不同的凝固时间。每个壁段具有不同厚度，因此其凝固不同。壁段之间的收缩使得形成热裂纹。以热裂纹外观检查所述部件，随后将在不同连接处得到的结果平均。对十个部件进行该过程，随后对在所有部件上得到的结果进行平均，所述十个部件在相同的浇铸条件(温度、压力、柱塞速度)下浇铸。
通过SAE J2334循环腐蚀测试评估腐蚀性能，该测试被认为与汽车开发条件最为相关。根据上述标准，每个循环需要在100％RH气氛中在50℃下6小时的停留时间，在50％RH气氛中在60℃下17.4小时的干燥阶段。在主阶段之间，在水溶液(0.5％NaCl，0.1％CaCl2，0.07％NaHCO3)中进行15分钟浸渍。在周末和假日时所述测试在干燥模式下运行。所述测试持续80个循环，其对应于5年的汽车开发。所述测试在尺寸为140×100×3mm的板上进行。所述板在丙酮中除去油污并在浸没到测试溶液中之前称重。每种合金重复测试五次。测试结束时，在铬酸溶液(180g CrO3每升溶液)中在80℃下约3分钟内脱除腐蚀的产物并测定重量损失。随后用重量损失计算在80天的时间内平均腐蚀速率，以密耳/年(MPY)计。
使用带有升高的温度柜的Instron 4483设备，根据ASTM标准B557M，在环境温度和升高的温度下进行拉伸测试。测量拉伸屈服强度(TYS)，最终拉伸强度(UTS)和伸长率百分数(％E)。使用从拉伸样品的测量区域切取的具有6mm直径的柱状样品，根据ASTM B565标准测量剪切强度。使用用于8mm直径的销钉的带有孔的尺寸为100×140×3mm的腐蚀板，根据ASTM E238-84(08)标准测量支撑屈服强度。使用2mm的边缘距离。支撑屈服强度计算为偏离等于销钉直径的2％。在夏比摆锤(Charpy hammer)上测试冲击强度性质。使用尺寸为10mm×10mm×55mm的无缺口的试样。
SATEC型号M-3机用于蠕变测试。在40-110MPa的应力范围内，在150℃和175℃下进行蠕变测试200小时，从而测定在上述温度下的蠕变强度。此外，测量螺栓负荷保持。该参数用于模拟在运作条件中在压缩负荷下可能发生的弛豫。使用外部直径为17mm的柱状样品，其包括整体(whole),直径10mm且高18mm。使用装有应变计的硬化的440C不锈钢垫圈和高强度M8螺栓对这些试样进行加载至某一应力。连续测量在150℃和175℃下200小时内负荷的变化。两种负荷的比，称为测试完成时回到环境条件之后的负荷与在室温下的初始负荷的比，是对合金螺栓负荷保持性能的度量。
合金实施例
表1-6表示根据本发明的合金和比较例的合金的化学组成和性质。12种新型合金与8个比较例的化学组成列于表1。
如图2所示，表3证明了在所有第二相活塞速度和由无裂纹的连接的百分数预估的强化压力下，新型合金对于热裂纹的易感性比对照合金低。
表4显示了新型合金和对照合金的支撑、剪切、冲击强度和拉伸性质。与对照合金相比，本发明的合金具有显著更高的支撑屈服强度(BYS)和冲击强度。此外，在室温和150℃下，新型合金的剪切强度、拉伸屈服强度(TYS)和最终拉伸强度(UTS)也都超过对照合金的那些性质。在伸长率值上也看到了本发明的新型合金与对照合金的主要区别。
表5说明了新型合金与对照合金的蠕变性能，螺栓负荷保持性能和耐腐蚀性。在SAE J2334循环下评估的新型合金的耐腐蚀性超过比较例合金的耐腐蚀性。如从表5中所看到的，在抗蠕变和螺栓负荷保持性质中，本发明的合金优于对照合金。对于抗蠕变合金的一个重要的要求是它们能在开发过程中保持机械性能。由于抗蠕变镁合金需要在120-170℃的温度范围内工作，合金保持其性质的能力可通过将浇铸材料的性质与在150℃的温度下长期老化2000小时后的性质进行比较来评估(表6)。该表清楚地说明了相对于对照合金，本发明的合金具有稳定得多的性质。这对于伸长率是最显著的。对于伸长率性质，本发明的合金在150℃下老化2000小时后经历了7-15％的减少，而对照合金的伸长率在相同测试下经历了25-44％的减少。
虽然本发明以一些具体实施方式的形式说明，但应理解，本领域技术人员可容易地采用其它形式。因此，应理解，在所附权利要求书的范围之内，不需要具体的描述，即可以实施本发明。

Claims (27)

1.一种镁合金，其包含2.6-5.5重量％铝(Al)，2.7-3.5重量％镧(La)，0.1-1.6重量％铯(Ce)，0.14-0.50重量％锰(Mn)，0.0003-0.0020重量％铍(Be)，和任选的0.00-0.35重量％锌(Zn)，0.00-0.40重量％锡(Sn)，0.00-0.20重量％钕(Nd)，0.00-0.10重量％镨(Pr)，其余是镁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的合金，其包含0.02-0.33重量％Zn。
3.如权利要求1所述的合金，其包含0.02-0.38重量％Sn。
4.如权利要求1所述的合金，其包含0.02-0.18重量％Nd。
5.如权利要求1所述的合金，其包含0.01-0.09重量％Pr。
6.如权利要求1所述的合金，其包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.3-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn，和0.0006-0.0020重量％Be。
7.如权利要求1所述的合金，其包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。
8.如权利要求1所述的合金，其包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。
9.一种用于制备镁合金的方法，所述镁合金将良好的可浇铸性、抗蠕变性和腐蚀性能与高延展性、冲击强度和导热性相结合，所述方法包括：
使2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be，和任选的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是镁和不可避免的杂质成为合金，
其中所述合金阶段从将纯Mg(至少99％Mg)和/或第一或第二Mg-Al母合金加入合金炉开始，所述第一或第二Mg-Al母合金含有小于99重量％Mg，最多至10.5重量％Al，最多至0.9重量％Zn和最多至1.5重量％Mn，其中上述组分的总质量最多占最终熔体质量的105重量％。
10.如权利要求9所述的方法，其中可将纯Mg和/或Mg-Al合金以固体状态加入到合金炉中或以熔融状态从其它熔融设备进料。
11.如权利要求9所述的方法，其中固体Mg-Al合金以锭料或以洁净的压铸废料形式加入到合金炉中。
12.如权利要求9所述的方法，其中La和Ce以纯金属和/或以La基混合稀土金属和/或Ce基混合稀土金属形式加入到合金炉中。
13.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其中镁合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn，和0.0006-0.0012重量％Be。
14.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其中镁合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn，和0.0004-0.0012重量％Be。
15.如权利要求9-12中任一项所述的合金，其中镁合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。
16.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其中所述合金过程在670-730℃的温度中进行。
17.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其中沉淀温度为650-690℃。
18.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其中将所述合金浇铸成重量为约6-23kg的锭料。
19.一种镁合金的压铸方法，所述镁合金包含2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be，和任选的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是镁和不可避免的杂质，其中
(i)将所述合金以15-65％的压铸储筒填充比在温度为100-340℃的模具中浇铸；
(ii)在5-250毫秒的时间内填充所述模具，同时在浇铸过程中将静态金属压力保持在15-120MPa；以及
(iii)熔融金属在模具内的停留时间为3-15秒。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述浇铸温度为660-730℃。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述浇铸温度为670-710℃。
22.如权利要求19-21中任一项所述的方法，其中镁合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn，和0.0006-0.0012重量％Be。
23.如权利要求19-21中任一项所述的方法，其中镁合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.03-0.08重量％Zn，0.15-0.40重量％Mn，和0.0004-0.0012重量％Be。
24.如权利要求19-21中任一项所述的方法，其中镁合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.05重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。
25.如权利要求19-24中任一项所述的方法，其在环境温度和150℃下得到的合金的TYS值分别为至少144MPa和118MPa。
26.如权利要求19-24中任一项所述的方法，其使得所述合金的伸长率和冲击强度值分别为至少12％和至少19J。
27.一种通过如权利要求1-8中任一项所述的镁合金浇铸而成的制品。
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