CN1169988C - 低成本耐热镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种属于轻金属材料的低成本耐热镁合金，所述镁合金包括镁、铝、锌和锑，该镁合金还包括锰，上述镁合金以由镁、铝、锌、锰、锑和铋组成，各组份的配比(重量百分比)为：铝：2%-10%、锌：0.2%-2%、锰：0.1%-0.6%、铋：0.1%-2%，锑：0.1%-1.5%，余量为镁。本发明的另一技术方案为：所述镁合金包括镁、铝、锌和铋。本发明具有强度抗蠕变等性能高和成本低的优点。

Description

低成本耐热镁合金
(一)技术领域本发明涉及一种轻金属材料，尤其是指低成本耐热镁合金。
(二)背景技术目前工业上常用的轻金属材料主要有铝合金、钛合金和镁合金。其中镁合金的密度(比重)最小，是工业材料中最轻的金属结构材料，但是镁合金的用途远不及铝合金，其原因之一是它的耐热性能差，当环境温度超过120℃后，一般的镁合金的强度陡然下降，限制了它在许多工业设备和产品上的应用。虽然在20世纪中后期相继出现了一些性能很高的耐热镁合金，但是这些合金的成份中都含较高比例的贵重元素(如钕、钍、钇或混合稀土元素)，致使合金的成本很高。
(三)发明内容：
技术问题本发明所要解决的技术问题是提出一种高性能的低成本耐热镁合金。
技术方案本发明即一种属于轻金属材料的耐热镁合金，所述镁合金包括镁、铝、锌和锑，各组份的配比(重量百分比)为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％、锑：0.1％-2％，其余为镁。本发明还可以是一种属于轻金属材料的耐热镁合金，所述镁合金包括镁、铝、锌和铋，各组份的配比为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％铋：0.5％-4％，余量为镁。
有益效果①铝是合金中的主要强化元素，它通过固溶强化和与镁形成β(Mg17Al12)相的沉淀强化，提高了合金的室温强度。此外，铝的加入还提高了合金的铸造工艺性能。锌也是合金中的强化元素。虽然它的强化效果不如铝，但是它的加入能改善合金的塑性。锑和铋是本发明中用于提高合金耐热性能的元素，它们可单独加入，也可同时加入。在合金中加入锑、铋后，合金在120-200℃温度范围内的强度和抗蠕变性能可得到大幅度的提高。因此，本发明的强度高，抗蠕变性好，是一种高性能的耐热镁合金。由于本发明不含钕、钍、钇等贵重元素，故具有成本低的优点。②锰的作用主要是提高合金的耐腐蚀性能。锰在合金熔炼过程中能与合金中的杂质元素铁形成化合物，沉淀到坩埚底部，从而消除铁对合金耐腐蚀性能的有害作用。此外锰也能在一定程度上提高合金的耐热性能。③本发明将镁、铝、锌、锰和锑或镁、铝、锌、锰、锑和铋按一定的配比组合在一起后，可使本发明性能更好，并有助于降低成本。④表1是三个具体方案的成份(重量百分比)，表2是上述三个具体方案的室温力学性能，表3是上述三个具体方案的高温力学性能，表4是上述三个具体方案的高温抗蠕变性能。
                表1  几种典型合金的化学成分(wt％)
合金号     Al   Zn   Mn   Sb   Bi  杂质  Mg
    123     8.58.58.5   0.80.80.8   0.20.20.2   0.40.4 2.01.0  ＜0.05＜0.05＜0.05  余量余量余量
          表2  几种典型合金的室温力学性能
  合金号   抗拉强度MPa   屈服强度MPa   延伸率％
    123     264265260     164166168     4.54.43.6
          表3  几种典型合金的高温力学性能
合金号                150℃                200℃
抗拉强度MPa 屈服强度MPa   延伸率％ 抗拉强度MPa 屈服强度MPa   延伸率％
    1     173     133     31.4     127     108     20
    2     184     136     19.6     125     101     24
    3     184     142     13.8     130     113     12.4
    AZ91     170     96     35     107     65     38
             表4  几种典型合金的高温抗蠕变性能
合金号                 150℃                  200℃
持久寿命(小时)   延伸率％ 蠕变速率％/s 持久寿命(小时)   延伸率％     蠕变速率％/s
    1   764   16.3  1.6×10-6     108   13.0  2.9×10-5
    2   402   14.0  4.1×10-6     75   15.5  5.4×10-5
    3   956   9.3  1.4×10-5     138   10.0  2.0×10-5
    AZ91   267   27.0  1.3×10-6     17   18.0  2.5×10-4
(四)附图说明：
图1是本发明中含铋的合金的铸态金相组织。
图2是本发明中含锑的合金的铸态金相组织。
图3是本发明中铋和锑的合金的铸态金相组织。
图4是图1中各具体方案在200℃，50Mpa条件下的蠕变曲线。
(五)具体实施方式：
实施例1：本发明即一种属于轻金属材料的低成本耐热镁合金，所述镁合金包括镁、铝、锌和锑，该镁合金还包括锰，在本实施例中，所述镁合金由镁、铝、锌、锰和锑组成，各组份的配比(重量百分比)为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％、锰：0.1％-0.6％、锑：0.1％-2％，其余为镁，例如，具体实施方案可以是：
                  铝      锌       锰       锑     镁
实施方案一：      10      0.23     0.15     2      余量
实施方案二：      8       0.4      0.3      1.5    余量
实施方案三：      4       1.2      0.5      0.6    余量
实施方案四：      2       2.0      0.6      0.1    余量
实施例2：本发明所述镁合金由镁、铝、锌、锰、锑和铋组成，各组份的配比(重量百分比)为：铝 2％-10％、锌：0.2％-2％、锰：0.1％-0.6％、铋：0.1％-2％、锑：0.1％-1.5％，余量为镁，例如，具体实施方案可以是：
                  铝      锌       锰      铋      锑    镁
实施方案1：       9.6     0.2      0.12    0.1     1.5    余量
实施方案2：       8.2     0.3      0.4     0.6     1.0    余量
实施方案3：       3.6     1.1      0.5     0.2     0.6    余量
实施方案4：       2.2     2.0      0.6     2.0     0.1    余量
实施例3：本发明即一种属于轻金属材料的低成本耐热镁合金，所述镁合金包括镁、铝、锌和铋，所述镁合金包括锰，在本实施例中，所述镁合金由镁、铝、锌、锰和铋组成，各组份的配比为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％、锰：0.1％-0.6％、铋：0.5％-4％，余量为镁，例如，具体实施方案可以是：
                  铝       锌      锰     铋     镁
实施方案I：       9.8      0.2     0.14   0.5    余量
实施方案II：      8.1      0.4     0.4    1.6    余量
实施方案III：     4.0      0.9     0.5    2.8    余量
实施方案IV：      2.0      1.8     0.6    4.0    余量
本发明可以采用以下制备工艺来制取耐热镁合金：将镁锭置于坩埚中，加热至熔化后，同时加入或分别加入纯锑块、纯铋块，待锑、铋完全溶解后倒入金属型中，即得镁-锑、镁铋、镁-锑-铋中间合金锭。将镁、铝、锌、锰按上述配方放入坩埚中升温并通入保护气体，待其熔化后，将炉温降至720℃左右，按配方加入镁-锑、镁-铋或者镁-锑-铋中间合金，至中间合金完全溶解后即可。

Claims (5)

1.一种属于轻金属材料的耐热镁合金，其特征在于所述镁合金包括镁、铝、锌和锑，各组份的配比(重量百分比)为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％、锑：0.1％-2％，其余为镁。
2.根据权利要求1所述的耐热镁合金，其特征在于该镁合金还包括锰，锰：0.1％-0.6％。
3.根据权利要求2所述的耐热镁合金，其特征在于所述镁合金由镁、铝、锌、锰、锑和铋组成，各组份的配比(重量百分比)为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％、锰：0.1％-0.6％、铋：0.1％-2％、锑：0.1％-1.5％，余量为镁。
4.一种属于轻金属材料的耐热镁合金，其特征在于所述镁合金包括镁、铝、锌和铋，各组份的配比为：铝：2％-10％、锌：0.2％-2％铋：0.5％-4％，余量为镁。
5.根据权利要求4所述的耐热镁合金，其特征在于所述镁合金包括锰，锰的配比为：0.1％-0.6％。
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