CN108570586B - 一种高塑性耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents

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

一种高塑性耐热镁合金及其制备方法

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 (3)

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；

其制备方法包括以下步骤：

步骤一、按照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；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；

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。

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.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：步骤二中的浇铸采用钢制模具。