CN108570586A - 一种高塑性耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高塑性耐热镁合金及其制备方法,属于合金材料领域。本发明所述的高塑性耐热镁合金,由以下质量百分比的组分组成:5.0~6%Sn,3~3.5%Ag,2.0~2.5%Zn,0.5~1.0%Sb,0.5~1.0%Ca和1.0~1.5%Al,余量为Mg及不可避免的杂质。本发明通过联合加入Sn、Ag、Zn和Sb、Ca、Al元素,主要生成Mg2Sn、Mg4Ag、MgZn2高温强化相,利用多组元合金化的方法,在提高合金强度的同时,合金的塑性也得到明显改善。与现有的耐热镁合金相比,本合金具有良好的强度和塑性,且生产成本较低,效率高,具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域,具体地,涉及一种高塑性耐热镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金是目前工业上实际应用中最轻的金属结构材料,具有小的比重(1.75-1.85g/cm3,约为铝的60%,钢的20%),并且具有比刚度高、阻尼减震性好、易于切学加工、冲击吸收功大、易于铸造成形,以及易于回收等优点,被公认为是一种有效减重、有效节能、有利于可持续发展的理想结构材料。现已在汽车、航空航天、电子、武器装备等领域有较广泛的应用,因此,近年来镁合金作为结构材料的应用迅速发展。虽然镁合金材料具备这些优点,但是现阶段镁合金材料的应用还比较有限,镁合金的应用受到明显的制约,镁合金的强度和苏韧性不高,耐热性能较差,限制了其应用范围。因此,提高镁合金的强度和耐热性,提高镁合金的综合力学性能成为新型镁合金开发的热点。
发明内容
为了解决现有技术中的不足,本发明的目的一在于提供一种高塑性耐热镁合金,目的二在于提供上述高塑性耐热镁合金的制备方法。通过Sn、Ag、Zn和Sb、Ca、Al元素的合金化,利用多组元合金化的方法,通过多种添加元素的共同配合作用在提高合金强度的同时,合金的塑性也得到明显改善。
为了实现上述目的,本发明采用的具体方案为:
一种高塑性耐热镁合金,其特征在于,由以下重量百分比的元素组成:5.0~6%的Sn,3~3.5%的Ag,2.0~2.5%的Zn,0.5~1.0%的Sb,0.5~1.0%的Ca和1.0~1.5%的Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步优化,所述不可避免的杂质为Fe、Cu和Ni;所述杂质元素及其质量百分比分别为:Fe≦0.005%,Cu≦0.015%,Ni≦0.002%。
本发明还提供一种上述高塑性耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按照权利要求1所述的高塑性耐热镁合金的元素组成及其重量百分比称取原料,
所述原料为:纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金;
步骤二、将纯镁、纯铝、纯锡和纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到690~700℃时加入纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至700~710℃,静置8~10min,待温度降至670~680℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金。
作为对上述制备方法的进一步优化,所述纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、纯银、纯锑和镁钙中间合金在使用前预热至200~220℃并保温1~3h。
作为对上述制备方法的进一步优化,步骤二中的浇铸采用钢制模具。
利用本发明所述的高塑性耐热镁合金,利用多组元合金化的方法,同时提高了镁合金的塑韧性和耐热性。具体的,在本发明的镁合金中,恰当组分和添加量的多组元合金化是提高镁合金性能最有效的方法。本发明选择廉价的添加元素Sn作为主添加元素,镁合金中添加Sn能够生成Mg2Sn高温强化相,赋予合金良好的时效析出强化和弥散强化效果。Sn的添加量太少则Mg2Sn高温强化相形不成有效地析出强化效果,添加太多会导致合金析出相聚集,脆性增大,不利于力学性能的提升,本合金中Sn的添加量控制在5.0~6.0%为宜。Ag是提高镁合金塑韧性和耐热性的重要元素,赋予合金良好的固溶强化和析出强化效果,适量Ag的添加能够大幅度提高Mg-Sn系合金的综合力学性能。镁合金中添加Ag有较好的固溶强化效果,且能够生成Mg4Ag相高温强化相,同时Ag的添加能够促进Mg2Sn相的析出和分布。Ag的添加量太少形不成有效的固溶强化效果,添加太多会导致合金析出相聚集,脆性增大,不利于力学性能的提升,本合金中Ag的添加量控制在3~3.5%为宜。Zn能够降低镁合金中有害杂质Fe、Ni、Cu的浓度,减少杂质对力学性能的影响,有利于镁合金塑性和室温强度的提升。Al是镁合金中最为重要的合金化元素之一,该合金中Al的加入量少不会形成Mg17Al12弱化相,一方面少量Al的添加能够显著细化镁合金组织,提高合金的铸造性能,减少合金的开裂倾向。另一方面Al的添加能够促进Sn的析出,优化Mg2Sn高温强化相的分布。Sb是一种镁合金强化元素和表面活性元素,能形成稳定性好的六方结构Mg3Sb2化合物,少量的Sb还改善了合金液的流动性,Sb的添加使合金的常温和高温力学性能提高,并且Mg3Sb2化合物形成能够促进Mg2Sn相的弥散分布。另外合金中加入少量的Ca可改善镁合金的显微组织和力学性能,Ca可细化晶粒,提高室温强度和塑性,晶粒的细化能够使晶界处析出的Mg2Sn相和Mg4Ag相更为弥散分布。但Ca过量会影响铸造性能,因此本发明的Ca加入量不宜过高。
本发明的有益效果:
本发明的高塑性耐热镁合金,利用多组元微合金化的方法提高镁合金的塑韧性和耐热性,复合合金化后镁合金性能得到明显改善,与现有高塑性耐热镁合金相比,本发明合金在室温下具有良好的强度和塑性,室温抗拉强度达到285MPa,伸长率达到16.1%,200℃的抗拉强度达到194MPa,伸长率达到22.2%,在高温下具有优异的耐热性能和综合力学性能,且生产成本低,制备过程简单,具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金市售产品。
实施例1
一种高塑性耐热镁合金,该镁合金的化学成分的重量百分含量如下:5.0%Sn,3.5%Ag,2.4%Zn,1.0%Sb,0.5%Ca,1.3%Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金,然后将各原料预热至200℃并保温1h;
2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到690℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至700℃,静置10min,待温度降至670℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金;上述浇铸采用钢制模具。
实施例2
一种高塑性耐热镁合金,该镁合金的化学成分的重量百分含量如下:5.0%Sn,3.2%Ag,2.5%Zn,0.9%Sb,1.0%Ca,1.0%Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金,然后将各原料预热至200℃并保温3h;
2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到690℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至700℃,静置10min,待温度降至670℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金;上述浇铸采用钢制模具。
实施例3
一种高塑性耐热镁合金,该镁合金的化学成分的重量百分含量如下:6.0%Sn,3.2%Ag,2.0%Zn,0.6%Sb,0.8%Ca,1.5%Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金,然后将各原料预热至200℃并保温3h;
2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到700℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至710℃,静置8min,待温度降至680℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金;上述浇铸采用钢制模具。
实施例4
一种高塑性耐热镁合金,该镁合金的化学成分的重量百分含量如下:6.0%Sn,3.0%Ag,2.3%Zn,0.5%Sb,0.7%Ca,1.2%Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金,然后将各原料预热至200℃并保温1h;
2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到700℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至710℃,静置8min,待温度降至680℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金;上述浇铸采用钢制模具。
实验例1
对实施例1-4中的高塑性耐热镁合金进行室温、150℃和200℃力学性能测试,力学性能测试依照国家标准GB6397—86《金属拉伸实验试样》进行加工测试,测试设备为(SHIMADZU)AG-I 250kN精密万能实验机拉伸机,拉伸速度为1mm/min。测试结果如表1所示。
表1实施例1-4中高塑性耐热的室温和高温拉伸力学性能
由表1内容可知,本发明所得的高塑性耐热镁合金室温抗拉强度269~285MPa,伸长率为14.5~16.1%;150℃的抗拉强度为202~215MPa,伸长率为17.9~19.1%;200℃的抗拉强度为179~194MPa,伸长率为20.5~22.2%,该合金具有优异强度和塑性,耐热性好,与室温相比,高温力学性能降低幅度小,该合金具有优异的综合力学性能。
需要说明的是,本发明所述实施例仅为说明性的,并不以此限制本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为主,但以本发明精神为基础的、任何的进一步延伸或改进,均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种高塑性耐热镁合金,其特征在于,由以下重量百分比的元素组成:5.0~6%的Sn,3~3.5%的Ag,2.0~2.5%的Zn,0.5~1.0%的Sb,0.5~1.0%的Ca和1.0~1.5%的Al,余量为Mg及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高塑性耐热镁合金,其特征在于:所述不可避免的杂质为Fe、Cu和Ni;所述杂质元素及其质量百分比分别为:Fe≦0.005%,Cu≦0.015%,Ni≦0.002%。
3.一种如权利要求1或2所述的高塑性耐热镁合金的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、按照权利要求1所述的高塑性耐热镁合金的元素组成及其重量百分比称取原料,所述原料为:纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金;
步骤二、将纯镁、纯铝、纯锡和纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化,待熔体温度达到690~700℃时加入纯银、纯锑和镁钙中间合金,熔化后升温至700~710℃,静置8~10min,待温度降至670~680℃时进行浇铸,得铸态合金,即可得高塑性耐热镁合金。
4.根据权利要求3所述的一种高塑性耐热镁合金的制备方法,其特征在于:所述纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、纯银、纯锑和镁钙中间合金在使用前预热至200~220℃并保温1~3h。
5.根据权利要求3所述的一种高塑性耐热镁合金的制备方法,其特征在于:步骤二中的浇铸采用钢制模具。
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