CN112680644A

CN112680644A - 一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN112680644A
Application number: CN202011560459.9A
Authority: CN
Inventors: 闫国庆; 林毛古; 柴海俊; 支红旗; 张志文; 马晓虎; 李钢华
Original assignee: Shanxi Regal Metal New Material Co ltd
Current assignee: Shanxi Regal Metal New Material Co ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金及其制备方法，该镁合金的成分含量如下：Al为10.0~13.0 wt.%，Zn为0.5~1.0 wt.%，RE为1.0~2.5 wt.%，Mn为0.15~0.40 wt.%，Si为0.05~0.30 wt.%，Ca为0.05~0.30 wt.%，Sr为0.05~0.30 wt.%，其余为镁及不可避免的杂质元素，总的杂质含量小于0.1 wt.%。制备以上成分的铸锭材料重熔之后进行压铸成型得到超薄壁部件，可压铸最薄处为0.23mm厚的部件。本发明的镁合金经高压压铸后其拉伸试样的抗拉强度可达到300Mpa，屈服强度可达到220Mpa，延伸率可达到7%，且流动性远优于普通商用AZ91D。

Description

一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体涉及一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

镁合金特点是最轻的实用金属材料，密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，减震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的耐腐蚀性能好。通讯、汽车及3C产品上使用的结构件材料不仅仅是要有较高的强度，而且还要韧性好、耐腐蚀、成本低。目前结构件材料主要是铝合金以及钢等。

但是，目前镁合金的应用还存在着有待于解决的技术难点，主要表现在以下3个方面：（1）强度及刚性不够高，不能用于重要结构件的制造；（2）韧性较低，容易发生脆断；（3）耐蚀性尤其是耐电化学腐蚀性能不高。以上这些严重制约了镁合金在通讯、汽车及3C产品等领域更进一步的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金，该镁合金材料经高压压铸后可得到超薄壁部件，最薄处仅为0.23mm，压铸态拉伸试样的抗拉强度可达到300Mpa，屈服强度可达到220Mpa，延伸率可达到7%，且流动性远优于普通商用AZ91D，显著提高超薄壁部件的良品率，有效降低压铸生产的成本。可应用于航空航天、汽车及3C等高技术领域中的高强度结构件。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金的成分如下：

Al含量为10.0~13.0 wt. %；

Zn含量为0.5~1.0 wt. %；

RE含量为1.0~2.5 wt. %，所述RE选自La、Ce、Pr、Nd中的一种或任意两种或任意三种或四种；

Mn含量为0.15~0.40 wt. %；

Si含量为0.05~0.30 wt. %；

Ca含量为0.05~0.30 wt. %；

Sr含量为0.05~0.30 wt. %；

其余为Mg及不可避免的杂质元素, 总的杂质含量小于0.1 wt. %。

本发明的思想是将Mg-Al系与Mg-RE系的优点结合，添加适量能细化晶粒、改善韧性及流动性，尤其是微量Si、Ca、Sr等元素的复合添加能很好的细化晶粒，形成多元二次相，增加强度的同时还能提高韧性，开发具有高韧性、高强度等综合性能良好的可压铸超薄壁部件用镁合金。普通商用镁合金AZ91D流动性较好，但韧性较差，容易发生脆断，本发明得到的合金不仅流动性好，可压铸超薄壁部件，最薄处厚度仅为0.23mm，强度及韧性远优于AZ91D。

优选的，Al的含量为10.5~11.5 wt. %。

优选的，Zn的含量为0.5~0.8 wt. %。

优选的，RE的含量为1.5~2.5 wt. %。

优选的，Mn的含量为0.15~0.35 wt. %。

优选的，Si的含量为0.05~0.20wt. %。

优选的，Ca的含量为0.05~0.20 wt. %。

优选的，Sr的含量为0.05~0.20wt. %。

本发明的另一目的是提供一种强度和韧性都高的镁合金的制备方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备炉料。以纯Mg锭、RE中间合金、Mg-Al中间合金或纯Al锭、Mg-Mn中间合金或Mn粉、Mg-Zn中间合金或金属Zn、Al-Si中间合金或单质Si、Mg-Ca中间合金或金属Ca、Al-Sr中间合金或金属Sr作为镁合金中各元素的原料，适当考虑烧损后，按上述镁合金成分范围确定成分的质量百分比称取相应的原料；

（2）升温熔化。将称好的原料金属镁锭放进熔炼炉中进行熔炼，用保护气体进行保护，熔炼温度为650~660℃，直至镁锭完全熔化制成镁熔体；

（3）加合金元素。将镁熔体从650~660℃逐渐升温加热到750~780℃，在加热过程中逐渐加入所需的铝、锰、锌、硅、钙、稀土以及锶，获得镁合金熔体；

（4）精炼与提渣。将镁合金熔体控制在760℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入镁合金专用精炼剂进行精炼；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，再轻轻撒上一层覆盖剂；然后静置约30min，将镁合金熔体温度降至660~700℃时进行浇铸，即得原材料铸锭；

（5）高压压铸超薄壁部件。将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁合金液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行加热保温，将脱模剂调配成一定比例后进行压铸即得成品部件。

通过加入Al元素，可通过增加固溶强化来提高材料强度，加入RE元素可细化晶粒且净化溶体，并与Al生成二次相来提高材料强度及韧性，并通过加入微量的Si、Ca、Sr元素，可通过元素复合细化作用，能有效的细化晶粒，增加材料强度及韧性；通过步骤4的精炼过程，促使材料有效合金化，更多的生成二次相来提高强度及净化溶体，通过步骤5压铸的部件经过急速冷却，能有效提高材料的强度。

本发明的优点是：材料经高压压铸后可得到超薄壁部件，最薄处仅为0.23mm，压铸态拉伸试样的抗拉强度可达到300Mpa，屈服强度可达到220Mpa，延伸率可达到7%，且流动性远优于普通商用AZ91D，显著提高了超薄壁部件的良品率，从而有效的降低了压铸生产的成本。本发明提供的镁合金具有高强度、高韧性等优点，可应用于航空航天、汽车及3C等高技术领域中的高强度结构件。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及生产的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例制备的高强度高韧性镁合金的金相照片；

图2为本发明一个较佳实施例制备的高强度高韧性镁合金的薄壁件实物图。

如图1可见，部件金相晶粒细小均匀，组织致密；如图2中可见超薄壁部件成型好，表面无不良缺陷。图1中黑色标尺线长度为50μm。

具体实施方式

以下为发明的具体实施方式。实施方式中所做的示例，仅作为范例，本发明所涉及的保护对象，不局限于范例，包含一切按权利要求书中所配置的合金成分及所阐明的铸造方法。

实施例1：

（1）将全部金属镁锭放进坩埚中，在保护气体下于650℃熔融，直至完全熔化，作为基液；

（2）将基液从650℃逐渐加热到760℃，在加热过程中逐渐加入10.0 wt. %的铝、0.16 wt. %的锰、0.60 wt. %的锌、0.08 wt. %的硅、0.08 wt. %的钙、1.1 wt. %的稀土以及0.05 wt. %的锶，获得镁合金熔体；

（3）将镁合金熔体控制在760℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入镁合金专用精炼剂进行精炼；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，再轻轻撒上一层覆盖剂；然后静置约30min，将镁合金熔体温度降至660~690℃时进行浇铸，即得铸锭材料；

（4）将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行保温，将脱模剂与水按质量比配成1:30进行压铸。压射时间为2.5s，高速位置245mm，高速手轮7转，增压手轮3转，压铸设备为力劲400吨压铸机。

实施例2：

（1）将全部金属镁锭放进坩埚中，在保护气体下于655℃熔融，直至完全熔化，作为基液；

（2）将基液从655℃逐渐加热到760℃，在加热过程中逐渐加入10.5 wt. %的铝、0.20 wt. %的锰、0.65 wt. %的锌、0.10 wt. %的硅、0.30 wt. %的钙、1.5 wt. %的稀土以及0.10 wt. %的锶，获得镁合金熔体；

（4）将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行保温，将脱模剂与水按质量比配成1:40进行压铸。压射时间为2.5s，高速位置250mm，高速手轮7转，增压手轮3转。

实施例3：

（1）将全部金属镁锭放进坩埚中，在保护气体下于660℃熔融，直至完全熔化，作为基液；

（2）将基液从660℃逐渐加热到760℃，在加热过程中逐渐加入11.5 wt. %的铝、0.25 wt. %的锰、0.70 wt. %的锌、0.15 wt. %的硅、0.25 wt. %的钙、1.8 wt. %的稀土以及0.15wt. %的锶，获得镁合金熔体；

（4）将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行保温，将脱模剂与水按质量比配成1:50进行压铸。压射时间为2.5s，高速位置260mm，高速手轮7转，增压手轮3转。

实施例4：

（2）将基液从660℃逐渐加热到760℃，在加热过程中逐渐加入12.0 wt. %的铝、0.35 wt. %的锰、0.85 wt. %的锌、0.24 wt. %的硅、0.20 wt. %的钙、2.2 wt. %的稀土以及0.22wt. %的锶，获得镁合金熔体；

（4）将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行保温，将脱模剂与水按质量比配成1:60进行压铸。压射时间为2.5s，高速位置270mm，高速手轮7转，增压手轮3转。

实施例5：

（2）将基液从650℃逐渐加热到760℃，在加热过程中逐渐加入13.0 wt. %的铝、0.40 wt. %的锰、1.0 wt. %的锌、0.30 wt. %的硅、0.15 wt. %的钙、2.5 wt. %的稀土以及0.30 wt. %的锶，获得镁合金熔体；

（4）将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行保温，将脱模剂与水按质量比配成1:80进行压铸。压射时间为2.5s，高速位置280mm，高速手轮7转，增压手轮3转。

实施例1-5和对比例1的实验结果见表1。

表1

。

由表1数据可知，相对于对比例1，本发明实施例1-5所获得的镁合金的力学性能远远优于对比例1，并且材料成型性能也优于对比例1。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金，其特征在于，所述镁合金的成分如下：

Al含量为10.0~13.0 wt. %；

Zn含量为0.5~1.0 wt. %；

Mn含量为0.15~0.40 wt. %；

Si含量为0.05~0.30 wt. %；

Ca含量为0.05~0.30 wt. %；

Sr含量为0.05~0.30 wt. %；

其余为Mg及不可避免的杂质元素, 总的杂质含量小于0.1 wt. %。

2.如权利要求1所述的一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金，其特征在于，

Al的含量为10.5~11.5 wt. %；

Zn的含量为0.5~0.8 wt. %；

RE的含量为1.5~2.5 wt. %；

Mn的含量为0.15~0.35 wt. %；

Si的含量为0.05~0.20wt. %；

Ca的含量为0.05~0.20 wt. %；

Sr的含量为0.05~0.20wt. %。

3.一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金的制备方法，用于制备如权利要求1或2所述的一种超薄壁部件用高强度高韧性镁合金，其特征在于，包括如下步骤：

（1）准备炉料以纯镁锭、RE中间合金、Mg-Al中间合金或纯Al锭、Mg-Mn中间合金或Mn粉、Mg-Zn中间合金或金属Zn、Al-Si中间合金或单质Si、Mg-Ca中间合金或金属Ca、Al-Sr中间合金或金属Sr作为镁合金中各元素的原料，适当考虑烧损后，按上述镁合金成分范围确定成分的质量百分比称取相应的原料；

（2）升温熔化将称好的原料纯镁锭放进熔炼炉中进行熔炼，用保护气体进行保护，熔炼温度为650~660℃，直至镁锭完全熔化制成镁熔体；

（3）加合金元素将镁熔体从650~660℃逐渐升温加热到750~780℃，在加热过程中逐渐加入所需的铝、锰、锌、硅、钙、稀土以及锶，获得镁合金熔体；

（4）精炼与提渣将镁合金熔体控制在760℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入镁合金专用精炼剂进行精炼；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，再轻轻撒上一层覆盖剂；然后静置约30min，将镁合金熔体温度降至660~700℃时进行浇铸，即得原材料铸锭；

（5）高压压铸超薄壁部件将原材料铸锭放入压铸熔炉中，熔炉温度设定680℃进行熔化，熔炉通入Ar、N₂、SF₆混合气体对镁合金液进行保护，同步将所需超薄壁部件模具安装在压铸机上，将模具油温升高至300℃进行加热保温，将脱模剂调配成一定比例后进行压铸即得成品部件。