CN111455247A - 一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金及其制备方法 Download PDF

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CN111455247A CN202010287456.6A CN202010287456A CN111455247A CN 111455247 A CN111455247 A CN 111455247A CN 202010287456 A CN202010287456 A CN 202010287456A CN 111455247 A CN111455247 A CN 111455247A
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Abstract

本发明公开一种添加钙、锶元素的Mg‑Zn系热强镁合金及其制备方法，以质量百分数计，包括如下组分：5.3％～5.7％的Zn，0.5％～1.0％的Ca，0.2％～0.5％的Sr，其余为Mg。制备方法，包括如下过程：以Mg‑Zn合金为母材，添加Mg‑30Ca和Mg‑20Sr进行铸造，得到铸件；对铸件进行热处理和压力加工，得到所述添加钙、锶元素的Mg‑Zn系热强镁合金；所述热处理过程依次包括固溶处理、淬火和和时效处理。经本发明制备得到的添加钙、锶元素的Mg‑Zn系热强镁合金具有较高的综合力学性能，能适用于更复杂的工况条件。同时，与现有常规加工工艺相比，进一步简化了加工工艺，降低了生产成本，因而具有极大的发展前景。

Description

一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属制备方法的技术领域，涉及一种热强镁合金及其制备方法，尤其是一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金及其制备方法。
背景技术
金属镁外观为银白色，具有密排六方晶体结构，室温下镁的密度为1.738g/cm3，熔点为651℃。地球和海洋中镁含量十分丰富，且在海洋中含有亿吨可电解的MgCl2，这为镁及镁合金产业的发展奠定了资源战略优势。镁是工程应用中密度最小的金属结构材料，其密度相当于铝的2/3，钢的1/4，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。目前广泛商业化的镁合金如AZ91D、AM60B等，由于目前商业化的镁合金高温性能较差，应用范围还仅局限在汽车中的一些非动力系统结构件上，ZK61牌号的镁合金作为Mg-Zn系镁合金的一种，具有密度小、比强度高、冷热变形能力较强等特点，在商用轻质结构材料中广泛采用，能作为许多产品的关键承重零件。而碱土元素Ca、Sr价格低廉，密度小，可以细化组织，生成高熔点强化相等优良特性，对合金热强性能的提高有重要的意义，因此在Mg-Zn系合金的基础上通过合金化设计来改变合金性能就具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金及其制备方法，本发明提供的镁合金在一定温度下依然能保证足够热强性。
本发明采用的技术方案如下：
一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金，以质量百分数计，包括如下组分：
5.3％～5.7％的Zn，0.5％～1.0％的Ca，0.2％～0.5％的Sr，其余为Mg。
一种制备本发明所述添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的方法，包括如下步骤：
S1，以Mg-Zn合金为母材，添加Mg-30Ca和Mg-20Sr进行铸造，得到铸件；
所述铸造包括如下过程：
合金化：
将纯Mg预热到180℃-220℃，在保护气氛下将纯Mg熔化，进行扒渣处理，然后依次加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr，加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr后均进行搅拌，得到合金液；
精炼：
将合金液升温至750℃-760℃，添加覆盖剂于合金液表层，使覆盖剂充分熔化，静置20-30分钟，得到精炼合金液；
浇注：
除去精炼合金液表面的氧化物，向模具内通入保护气体；
向模具中浇注精炼合金液，浇注温度范围为720℃-760℃，浇注时向模具内通入保护气体；
浇注完成后进行冷却，得到铸件；
S2，对铸件进行热处理和压力加工，得到所述添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金；
所述热处理过程依次包括固溶处理、淬火和和时效处理；
固溶处理的温度为330-370℃，时间为11-13小时；时效处理温度为180-220℃，时间为11-13小时，时效处理后空冷至室温；淬火采用水淬。
优选的，加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr后各搅拌2-5min。
优选的，所述保护气体采用CO2和SF6。
优选的，浇注前，向模具内通入保护气体3～5分钟，保护气体流量为CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；
浇注时，保护气体流量为CO2：6-8L/min，SF6：0.2-0.4L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；
浇注时，浇注速度范围为20-1000mm/min。
优选的，压力加工采用挤压，挤压温度为300±30℃，挤压比为15-20，压杆速度为0.5-1.0mm/s。
本发明具有如下有益效果：
本发明的Mg-Zn系热强镁合金中，以质量百分数计，添加0.2％～0.5％的Sr能有效的细化晶粒、改善合金组织以及减少产生铸造缺陷，能显著改善合金的组织并提高合金的室温和高温力学性能以及蠕变性能。其主要原因是Sr能有效细化镁合金晶粒以及生成的高熔点的第二相粒子能改善合金的性能，但当添加的Sr质量分数高于0.5％时，合金的晶粒会明显长大，合金的性能降低较为显著。典型的碱土元素Ca不仅能在熔炼中起到阻燃的作用，而且还有细化晶粒效果，从而进一步提高合金的高温性能，但若合金中Ca量过多会降低合金的力学性能，引起热裂现象，因此Ca含量对合金的影响非常重要，本发明中Ca含量为0.5％～1.0％，能够细化晶粒，形成第二相分布于晶界对位错和晶界滑移起到钉扎作用，阻碍了晶界的滑移，提高强度。
本发明添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的制备方法中，以Mg-Zn合金为母材，添加Mg-30Ca和Mg-20Sr进行铸造，通过这种复合添加Ca、Sr到镁合金熔体中能够改善组织，节约成本。本发明中添加碱土元素Ca，能够细化晶粒，形成第二相分布于晶界对位错和晶界滑移起到钉扎作用。本发明中添加适碱土元素Sr，在一定程度上促进了Ca元素的溶解，未固溶的元素覆盖于合金表层，进一步阻碍了晶粒的长大，起到细化晶粒的效果。本发明制备过程中没有加入有毒物质，不会对人体和环境造成影响。在纯镁中添加合金元素，在凝固或热处理过程中随着温度不断下降，合金元素在镁中的固溶度也随之下降，Ca、Sr合金元素被基体原子“挤出”形成析出相，从而有效的阻碍位错运动。Mg-Zn系合金的时效强化效果超过Mg-Al系，且随着Zn含量的增加而提高，但是其二元合金组织粗大，对显微缩孔非常敏感，因此，Mg-Zn系合金中常添加第三组元元素以细化晶粒，改善力学性能，这类合金的典型代表是ZK51和ZK61，都属于时效强化合金，具有较高的抗拉强度和屈服强度，一般均在直接时效或固溶时效的状态下使用。通过压力加工本发明通过固溶处理、淬火和和时效处理，有利于消除合金中的残余应力，改善合金中的铸造缺陷，使得铸造合金组织分布更加均匀，对提高合金的变形性能具有重要作用，以及为后续的压力加工做准备；通过压力加工能有效的消除铸锭中的铸造缺陷，如气孔、疏松和疏孔等，具有细化晶粒作用，合金晶粒在挤压变形过程中会发生动态再结晶，从而得到细小的等轴晶粒，提高合金的强度和塑性。本发明对铸件固溶处理+时效处理后进行挤压变形工艺，经本发明制备得到的添加钙、锶元素的ZK系热强镁合金具有较高的综合力学性能，能适用于更复杂的工况条件。同时，与现有常规加工工艺相比，进一步简化了加工工艺，降低了生产成本，因而具有极大的发展前景。
进一步的，加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr后各搅拌2-5min，促进合金液的温度和成分均匀化。
进一步的，镁合金在熔炼浇注过程中易发生氧化燃烧，在熔炼过程中采用溶剂保护法和通入CO2和SF6保护气体是行之有效的办法。
进一步的，因镁合金化学性质活泼，因此浇注前，向模具内通入保护气体3～5分钟，保护气体流量为CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；这样可以将金属模具中的气体排出，避免浇注过程中产生不必要的烧损；
浇注时，保护气体流量为CO2：6-8L/min，SF6：0.2-0.4L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；控制保护气体通入的流量和进气压力，在一定程度上既可以实现我们排出空气的目的，又能节约保护气体，在工业应用中可以起到节能环保的作用；浇注时，浇注速度范围为20-1000mm/min，可以最大程度上避免因浇注产生的缩松和缩孔缺陷，使铸态合金的组织更为均匀。
进一步的，压力加工采用挤压，挤压温度为300±30℃，挤压比为15-20，挤压杆速度为0.5-1.0mm/s，合金处于三向压应力状态下，变形行为是在近似封闭模腔中发生的，处于强烈的三向压应力状态，可以发挥其最大的塑性，在上述挤压工艺参数下，合金的晶粒得到明显的细化，力学性能得到极大的提升。在挤压变形过程中，合金承受较大的静水压力，能有效的消除铸锭中的铸造缺陷，如气孔、疏松和疏孔等。
附图说明
图1(a)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-0.5Ca-0.5Sr)挤压态的扫描组织图(放大1000倍)；
图1(b)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-0.5Ca-0.5Sr)挤压态的扫描组织图(放大5000倍)；
图1(c)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-0.8Ca-0.2Sr)挤压态的扫描组织图(放大1000倍)；
图1(d)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-0.8Ca-0.2Sr)挤压态的扫描组织图(放大5000倍)；
图1(e)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-1.0Ca)挤压态的扫描组织图(放大1000倍)；
图1(f)为本发明热强镁合金(Mg-5.5Zn-1.0Ca)挤压态的扫描组织图(放大5000倍)；
图2(a)为图1(b)中黑色线圈所选区域的能谱测试结果；
图2(b)为图1(d)中黑色线圈所选区域的能谱测试结果；
图2(c)为图1(f)中黑色线圈所选区域的能谱测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
本发明添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金中，主要元素组成包括：Mg、Zn、Ca和Sr，各组分占合金总质量的百分比分别为：Zn 5.3％～5.7％、Ca 0.5％～1.0％、Sr 0.2％～0.5％，其余为Mg。本发明的镁合金是一种在一定温度下依然能保证足够热强性的Mg-Zn系镁合金。
本发明镁合金的制备方法为：复合添加Mg-30Ca(wt.％)、Mg-20Sr(wt.％)中间合金到Mg-Zn镁合金熔体中，通过细化晶粒和形成高熔点第二相达到提高镁合金热强性的目的，整个熔炼过程中需要通入保护气体。然后对镁合金试样进行合适的热处理，最后通过合适的压力加工工艺使本发明镁合金具有良好的高温力学性能。
本发明添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的制备方法，包括如下步骤：
1.实验准备工作：计算合金成分、烘干电阻炉、预热模具、切割称量原材料、配制覆盖剂等。
2.合金化：将预热到180℃-220℃的纯Mg置于通入99.5％CO2和0.5％SF6保护气体的电阻炉中，然后升温至700℃-720℃，待镁锭充分熔化后，进行扒渣处理，然后依次加入单质Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr中间合金，加入后各搅拌2-5min，关闭炉门。
3.精炼：将合金液升温至750℃-760℃，添加足量的覆盖剂于表层，使覆盖剂充分熔化(40-50分钟)，静置20-30分钟。静置结束后，打开炉门，将合金液浇入预热到180℃-200℃的金属模具中。
4.浇注：浇注前，用扒渣杆除去熔体表面的氧化物，向模具内通入保护气体3～5分钟，保护气体流量为CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min，进气压力0.3-1.0kg/cm3；浇注时要注意控制液流的速度，应该遵循先慢后快再慢的规律，保护气体流量为CO2：6-8L/min，SF6：0.2-0.4L/min，进气压力0.3-1.0kg/cm3，浇注速度范围为20-1000mm/min，浇注温度范围为720-760℃，镁合金易燃遇水易爆，在浇注过程中一定要注意安全，严防合金液飞溅伤人。浇注过程结束后将模具进行水冷处理，冷却至室温。
5.冷却：待浇注完成后迅速用冷水(10℃-30℃)冷却，得到铸件。
热处理工艺
首先将铸件加工成标准规格的试样，把预热到180℃-220℃试样放置于耐火砖上，然后将耐火砖放入到恒温箱式电阻炉中，固溶处理11-12小时，使金属间化合物充分固溶，然后对固溶后的试样进行水淬，将淬火后的试样放入200℃-240℃的恒温箱式电阻炉中人工时效11-12小时，然后空冷到室温。通过上述热处理工艺，可以明显的改善组织，提高合金的综合力学性能。
热处理后进行压力加工，以挤压成型为例进行说明
首先将热处理后的铸件加工成标准规格的试样，把预热到180-220℃的试样放置于压力试样机中进行挤压，压力试验机为济南中路昌制造有限公司生产的YAW-3000型。挤压温度为300℃，温度误差为正负30℃，挤压比为15-20，挤压杆速度为0.5-1.0mm/s，挤压制品直径为Φ10mm。
1.本发明所述混合保护气体的体积百分比为99.5％CO2和0.5％SF6。
2.本发明所用的材料均为公知，可以通过市购和其他途径获得。
3.本发明所用的设备均为普通冶金化工设备。
本发明的合金是在Mg合金组成的熔体中复合添加单质Zn、Mg-30Ca(wt.％)及Mg-20Sr(wt.％)中间合金，加入碱土元素Ca、Sr能够应用于实际，所述纯镁的成分如表1：
表1
Mg Zn Mn Ce Al Si Cu 其他
余量 5.0～6.0 ≤0.10 ≤0.01 ≤0.05 ≤0.06 ≤0.06 ≤0.3
本发明以下实施例采用的纯Mg的成分如表1。
实施例1：
本实施例添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的制备方法包括如下步骤：
1.计算Mg-5.5Zn-0.5Ca-0.5Sr(wt.％)合金的成分，分别称取一定量的纯镁，单质锌，Mg-30Ca(wt.％)及Mg-20Sr(wt.％)中间合金(本实施例设计的合金材料均为市购)；
2.将坩埚电阻炉温度设定为750℃，待坩埚升温至500℃加入步骤1称好的纯镁，添加足量的覆盖剂于镁锭表层，使其充分熔化40分钟，整个过程通入SF6和CO2的混合保护气体；
3.待步骤2结束后，打开炉门，进行扒渣处理，依次加入纯锌，Mg-30Ca及Mg-20Sr中间合金，搅拌2min，关闭炉门，将温度控制在750℃-760℃静置20min。
4.待步骤3结束后，打开炉门，进行扒渣处理，然后迅速将合金液浇入预热到180℃-220℃金属模具中，将模具进行水冷处理，得到铸件。
5.采用T6处理：固溶加人工时效处理
首先将铸件加工成标准规格的试样，把预热到180℃-220℃的试样放置于耐火砖上，然后放入箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶处理温度为330℃，固溶处理时间为11小时，使金属间化合物充分固溶，然后对固溶后的试样进行水淬处理。之后将淬火后的试样放入恒温箱式电阻炉中进行时效处理，时效温度为180℃，人工时效时间为11小时，空冷到室温。
6.采用挤压成型工艺
首先将热处理后的铸件加工成标准规格的试样，把预热到180℃-220℃的试样放置于压力试样机中进行挤压，挤压温度为300℃，温度误差为正负30℃，挤压比为16，挤压杆速度为0.5mm/s，挤压制品直径为Φ10mm。
实施例1中制取的最终产物：Mg-5.5Zn-0.5Ca-0.5Sr(wt.％)，其组分质量百分比分别为Zn 5.5％、Ca 0.5％、Sr 0.5％，其余为镁和一些微量元素。图1(a)～图1(b)所示为不同放大倍数下本实施例制得的产物经扫描电子显微镜观察后的组织，可以看到经塑性变形后，合金中细小的颗粒状呈长纤维形态沿挤压方向延伸，挤压态合金α-Mg基体发生了动态再结晶转变为细小等轴晶，合金晶粒细化效果明显，且析出相均匀分布于晶界处和晶粒内部。当复合添加Ca、Sr元素后，在挤压变形过程中晶粒由块状转变为较小的颗粒状，并表现为长纤维形态沿挤压方向延伸。图2(a)所示为产物所选区域的能谱测试结果，当复合添加Ca、Sr元素后，合金中由Mg-Zn、Mg-Zn2和析出相组成，通过对析出相进行测定，其成分为Mg17Sr2，且析出相具有明显的高温稳定性，起到细晶强化的作用。试验分析，实施例1中制取的新型镁合金同实施例2和实施例3相比，合金晶粒细小，具有更好的室温和高温力学性能。微量元素Ca、Sr的添加会在晶界上形成热稳定性较强的MgZn2和Mg17Sr2，此强化相以颗粒状均匀弥散分布于镁基体中，一方面钉扎晶界阻碍了晶界的滑移，另一方面阻碍了位错滑移，二者的综合作用宏观表现为晶界在一定温度下具有较高的屈服抗力，对合金起到了明显的强化效果。经力学性能检测，实施例1中制取的新型热强镁合金，其室温抗拉强度为319.71MPa，屈服强度为170.27MPa，伸长率为26.2％。当高温拉伸温度为200℃时，其抗拉强度为246.97MPa；当高温拉伸温度为250℃时，其抗拉强度为168.11MPa；当高温拉伸温度为300℃时，其抗拉强度为129.63MPa。
实施例2：
本实施例添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的制备方法包括如下步骤：
1.计算Mg-5.5Zn-0.8Ca-0.2Sr(wt.％)合金的成分，分别称取一定量的纯镁，单质锌，Mg-30Ca(wt.％)及Mg-20Sr(wt.％)中间合金(本实施例设计的合金材料均为市购)；
2.将坩埚电阻炉温度设定为750℃，待坩埚升温至500℃加入步骤1称好的合金，添加足量的覆盖剂于镁锭表层，使其充分熔化45分钟，整个过程通入SF6和CO2的混合保护气体；
3.待步骤2结束后打开炉门，进行扒渣处理，依次加入单质锌，Mg-30Ca及Mg-20Sr中间合金，搅拌3min，关闭炉门，将温度控制在750℃-760℃静置25min。
4.待步骤3结束后，打开炉门，进行扒渣处理，然后迅速将合金液浇入预热到180℃-220℃的金属模具中，将模具进行水冷处理。
5.采用T6处理：固溶加人工时效处理，得到铸件
首先将铸件加工成标准规格的试样，把预热到180℃-220℃的试样放置于耐火砖上，然后放入箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为350℃，固溶处理时间为11.5小时，使金属间化合物充分固溶，然后对固溶后的试样进行水淬处理。之后将淬火后的试样放入恒温箱式电阻炉中进行时效处理，时效温度为200℃，人工时效时间为11.5小时，空冷到室温。
6.采用挤压成型工艺
首先将热处理后的铸件加工成标准规格的试样，把预热到180℃-220℃的试样放置于压力试样机中进行挤压，挤压温度为300℃，温度误差为正负30℃，挤压比为15-20，挤压杆速度为0.5-1.0mm/s，挤压制品直径为Φ10mm。
实施例2中制取的最终产物：Mg-5.5Zn-0.8Ca-0.2Sr(wt.％)，其组分质量百分比分别为Zn 5.5％、Ca 0.8％、Sr 0.2％，其余为镁和一些微量元素。图1(c)～图1(d)所示为不同放大倍数下本实施例制得的产物经扫描电子显微镜观察后的组织，同实施例1一样，可以看到经塑性变形后，合金中细小的颗粒状呈长纤维形态沿挤压方向延伸，挤压态合金α-Mg基体发生了动态再结晶转变为细小等轴晶，合金晶粒细化效果明显，且析出相均匀分布于晶界处和晶粒内部。当复合添加Ca、Sr元素后，在挤压变形过程中晶粒由块状转变为较小的颗粒状，并表现为长纤维形态沿挤压方向延伸。图2(b)所示为产物所选区域的能谱测试结果，当复合添加Ca、Sr元素后，合金中氧元素的含量明显下降，通过对析出相进行测定，其成分为Mg17Sr2，且析出相具有明显的高温稳定性，起到细晶强化的作用。试验分析，实施例2中制取的新型镁合金晶粒具有明显的细化效果，同时具有良好的室温和高温力学性能。经力学性能检测，实施例2中制取的新型热强镁合金，其室温抗拉强度为303.17MPa，屈服强度为152.83MPa，伸长率为25.9％。当高温拉伸温度为200℃时，其抗拉强度为238.98MPa；当高温拉伸温度为250℃时，其抗拉强度为163.31MPa；当高温拉伸温度为300℃时，其抗拉强度为124.74MPa。
实施例3：
本实施例添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的制备方法包括如下步骤：
1.计算Mg-5.5Zn-1.0Ca(wt.％)合金的成分，分别称取一定量的纯镁，单质锌，Mg-30Ca(wt.％)及Mg-20Sr(wt.％)中间合金(本实施例设计的合金材料均为市购)；
2.将坩埚电阻炉温度设定为750℃，待坩埚升温至500℃加入步骤1称好的合金，添加足量的覆盖剂于镁锭表层，使其充分熔化50分钟，整个过程通入SF6和CO2的混合保护气体；
3.待步骤2结束后打开炉门，进行扒渣处理，依次加入单质锌，Mg-30Ca及Mg-20Sr中间合金，搅拌5min，关闭炉门，将温度控制在750℃-760℃，静置30min。
4.待步骤3结束后，打开炉门，进行扒渣处理，然后迅速将合金液浇入预热到180-220℃金属模具中，将模具进行水冷处理，得到铸件。
5.采用T6处理：固溶加人工时效处理
首先将铸件加工成标准规格的试样，把预热到180-220℃的试样放置于耐火砖上，然后放入恒温箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为370℃，固溶处理时间为12小时，使金属间化合物充分固溶，然后对固溶后的试样进行水淬处理。之后将淬火后的试样放入恒温箱式电阻炉中进行人工时效处理，时效温度为220℃，时间为12小时，空冷到室温。
6.采用挤压成型工艺
首先将热处理后的铸件加工成标准规格的试样，把预热到100℃的试样放置于压力试样机中进行挤压，挤压温度为300℃，温度误差为正负30℃，挤压比为15-20，挤压杆速度为0.5-1.0mm/s，挤压制品直径为Φ10mm。
实施例三中制取的最终产物：Mg-5.5Zn-1.0Ca(wt.％)，其组分的质量百分比分别为Zn 5.5％、Ca 1.0％，其余为镁和一些微量元素。图1(e)～图1(f)所示为不同放大倍数下本实施例制得的产物经扫描电子显微镜观察后的组织，较实施例1和实施例2相比，合金晶粒较为粗大，析出相明显减少。图2(c)所示为产物所选区域的能谱测试结果，析出相中Ca元素的含量增加。试验分析，单独添加Ca元素质量分数为1.0％时，经力学性能检测，实施例3中制取的新型镁合金室温力学性能和高温力学性能略有下降，其室温抗拉强度为295.458MPa，屈服强度为145.503MPa，伸长率为24.9％。当高温拉伸温度为200℃时，其抗拉强度为234.83MPa；当高温拉伸温度为250℃时，其抗拉强度为152.91MPa；当高温拉伸温度为300℃时，其抗拉强度为123.87MPa。
表2所示为挤压态Mg-5.5Zn-0.5Ca-0.5Sr、Mg-5.5Zn-0.8Ca-0.2Sr、Mg-5.5Zn-1.0Ca合金室温力学性能和高温力学性能测试结果。
表2
实施例 室温力学性能 200℃力学性能 250℃力学性能 300℃力学性能
1 319.71MPa 246.97MPa 168.11MPa 129.63MPa
2 303.17MPa 238.98MPa 163.31MPa 124.74MPa
3 295.458MPa 234.83MPa 152.91MPa 123.87MPa
本发明中试验用扫描电子显微镜为德国蔡司公司生产的Gemini SEM 300；挤压成型在济南中路昌制造有限公司生产的YAW-3000型上进行，挤压温度为300℃，温度误差为正负30℃，挤压比为15-20，挤压杆速度为0.5-1.0mm/s，挤压制品直径为Φ10mm；室温拉伸测试在济南锐玛机械有限责任公司生产的CSS-44100型号上进行；高温拉伸测试在美国DSI公司生产的热/动模拟试验机上进行，试验机型号为Gleeble 1500D。

Claims (6)

1.一种添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：
5.3％～5.7％的Zn，0.5％～1.0％的Ca，0.2％～0.5％的Sr，其余为Mg。
2.一种制备权利要求1所述的添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，以Mg-Zn合金为母材，添加Mg-30Ca和Mg-20Sr进行铸造，得到铸件；
所述铸造包括如下过程：
合金化：
将纯Mg预热到180℃-220℃，在保护气氛下将纯Mg熔化，进行扒渣处理，然后依次加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr，加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr后均进行搅拌，得到合金液；
精炼：
将合金液升温至750℃-760℃，添加覆盖剂于合金液表层，使覆盖剂充分熔化，静置20-30分钟，得到精炼合金液；
浇注：
除去精炼合金液表面的氧化物，向模具内通入保护气体；
向模具中浇注精炼合金液，浇注温度范围为720℃-760℃，浇注时向模具内通入保护气体；
浇注完成后进行冷却，得到铸件；
S2，对铸件进行热处理和压力加工，得到所述添加钙、锶元素的Mg-Zn系热强镁合金；
所述热处理过程依次包括固溶处理、淬火和和时效处理；
固溶处理的温度为330-370℃，时间为11-13小时；时效处理温度为180-220℃，时间为11-13小时，时效处理后空冷至室温；淬火采用水淬。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加入Zn、Mg-30Ca和Mg-20Sr后各搅拌2-5min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保护气体采用CO2和SF6。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，浇注前，向模具内通入保护气体3～5分钟，保护气体流量为CO2：4-6L/min，SF6：0.04-0.07L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；
浇注时，保护气体流量为CO2：6-8L/min，SF6：0.2-0.4L/min；进气压力0.3-1.0kg/cm3；
浇注时，浇注速度范围为20-1000mm/min。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，压力加工采用挤压，挤压温度为300±30℃，挤压比为15-20，压杆速度为0.5-1.0mm/s。
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