CN1560299A

CN1560299A - Mg2Si和Y复合增强镁基合金及其熔铸工艺

Info

Publication number: CN1560299A
Application number: CNA2004100167735A
Authority: CN
Inventors: 黄晓锋; 王渠东; 曾小勤; 卢晨; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-01-05

Abstract

一种Mg₂Si和Y复合增强镁基合金，属于金属材料类及冶金领域。合金包含的各成分及其重量百分比为：5－9％Al，0.5－1.0％Zn，1.0－1.5％Si，0.1－1.0％Y，0.1－0.3％Mn，杂质元素Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002，其余为Mg。熔铸工艺如下：在熔剂保护熔炼条件下，将工业纯镁加入到刷过涂料的烘干的坩埚中，在炉底撒少许覆盖剂，镁完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃－730℃对合金液进行精炼10－20分钟，升温至750℃后静置20分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行铸造。本发明克服单纯以Mg₂Si相增强镁合金蠕变抗力不足的问题，工艺是一种集细化和强化作用于一体的更廉价的合金化方法，扩大了含Mg₂Si强化相镁合金的应用范围。

Description

Mg2Si和Y复合增强镁基合金及其熔铸工艺

技术领域

本发明涉及的是一种增强镁基合金及其熔铸的工艺，具体是一种Mg₂Si和Y复合增强镁基合金及其熔铸工艺。属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

随着全球范围内的能源紧缺以及各国政府对环境保护的日益重视，汽车(尤其是轿车)的轻量化已成为世界范围内汽车工业发展的必然趋势。镁合金在汽车减重、性能改善和环保中的作用日益得到工业界重视。要进一步扩大镁合金在汽车产品上的应用，现有的镁合金难以满足要求。

目前，除了稀土具有提高镁合金的耐热性能外，硅也是对提高合金耐热性能有益的元素，但是Si加入镁合金后会形成粗大的汉字状的Mg₂Si相，只适于冷却速度较快的压铸，而不适于砂铸及金属型铸造。如70年代德国大众汽车公司开发的压铸镁合金AS41(Mg-4Al-1Si)及AS21(Mg-2Al-1Si)，170℃时这类合金的蠕变强度高于AZ91和AM60镁合金，它具有良好的延伸率、屈服强度和抗拉强度，应用于空冷汽车发动机曲轴箱、通风机壳等大众汽车零部件。经文献检索发现，Bronfin B等人在《Materials Science and Engineering A》(材料科学与工程A，2001，302：46-50AS)上发表的“Preparation and solidification featuresof AS21 magnesium alloy”(AS21镁合金的制备及凝固特点)一文，该文提出系列的镁合金解决了镁合金蠕变性能不好的问题，该系列合金是通过引用Si元素提高合金的蠕变性能，其中：AS21(Mg-2Al-1Si)镁合金的蠕变强度优于AS41镁合金，但是，由于Al含量较低并且合金中的主要强化相Mg₂Si在凝固速度较慢的条件下会变成粗大的“汉字状”，因此该系列合金的室温抗拉强度和屈服强度都较AZ91和AM60低，铸造性能也更差。所以含有Mg₂Si强化相的镁合金目前只能应用于凝固速度较快的压铸生产，而不能砂铸，从而限制了该合金的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有细化含Mg₂Si相的镁合金不足，提出一种Mg₂Si和Y复合增强镁基合金及其熔铸工艺，通过加入Y使其克服单纯以Mg₂Si相增强镁合金蠕变抗力不足的问题，同时其熔炼铸造工艺是一种集细化和强化作用于一体的更廉价的合金化方法，扩大了含Mg₂Si强化相镁合金的应用范围。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明Mg₂Si和Y复合增强镁基合金包含的各成分及其重量百分比为：5-9％Al，0.5-1.0％Zn，1.0-1.5％Si，0.1-1.0％Y，0.1-0.3％Mn，杂质元素Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002，其余为Mg。

本发明以5-9％Al作为基本成分，同时加入0.5-1.0％Zn赋予合金以必要的强度与铸造性能，加入1.0-1.5％Si以提高合金的耐热性能，加入Y一方面是为了改善Mg₂Si强化相的形貌，另一方面是为了弥补单纯加入Si形成的合金耐热性能不足的问题，加入0.1-0.3％的Mn是为了提高合金的抗腐蚀性能。形成的合金的耐热性能与目前含稀土的抗蠕变镁合金AE42相当，铸造性能、耐腐蚀性能及成本与镁合金AZ91相当。

本发明优选配方为：5～9.0％Al、1.0％Zn、1.0～1.5％Si、0.1～1.0％Y、0.1％Mn，杂质元素Fe、Cu、Ni小于0.022％，其余为Mg。

本发明的熔铸工艺如下：在熔剂(气体)保护熔炼条件下，将工业纯镁加入到刷过涂料的烘干的坩埚中，在炉底撒少许覆盖剂，镁完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，其中Al，Zn，Si，Y，Mn，分别为工业纯铝、工业纯锌，Al-Si中间合金、Mg-Y中间合金、Al-Mn中间合金。待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃-730℃对合金液进行精炼10-20分钟，升温至750℃后静置20分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行铸造，铸造方法可采用压铸、低压铸造、金属型铸造或砂铸。

与现有技术相比，本发明铸造合金的显微组织明显细化，Mg₂Si形貌由粗大的汉字状转变为细小的颗粒状。以Mg-5Al-1Zn-1Si合金为例，晶粒尺寸由125um锐减为62um(金属型铸造)，合金的室温抗拉强度220Mpa、屈服强度106MPa、延伸率为8％、冲击韧性提高40％以上。200℃，50Mpa蠕变条件下的最小稳态蠕变速率1.6×10^-8％/S，而相同条件下AZ91镁合金的稳态蠕变速率为7.7×10^-5％/S，即新合金的抗高温蠕变性能比目前常用的AZ91镁合金提高近2个数量级，超过AE42耐热镁合金的水平，而合金成本则与AZ91相当，比AE42低得多。

具体实施方式

结合本发明技术方案的内容提供以下实施例：

实施例1：

Mg₂Si和Y复合增强镁基合金成分(重量百分比)：9.0％Al、1.0％Zn、1.0％Si、0.1％Y、0.1％Mn，杂质元素小于0.022％，其余为Mg。。Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10公斤，同时撒少量覆盖剂(JDF)0.3Kg在坩埚底部，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工业纯铝0.4Kg、工业纯锌0.15Kg，Al-20Si中间合金0.6Kg、Mg-10Y中间合金1Kg(按80％的收得率)，Al-10Mn中间合金0.25Kg待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃，用精炼剂0.4Kg对合金液进行精炼10分钟，精炼好的镁液呈银白色镜面，镁液不粘搅拌工具。然后保温静置20分钟，捞去表面浮渣后即可用浇包进行金属型浇铸。本发明合金的常温抗拉强度、冲击功及延伸率分别达到225MPa，25J，7.5％。高温150℃抗拉强度、延伸率分别为：162MPa，11％。

实施例2：

Mg₂Si和Y复合增强镁基合金成分(重量百分比)：7.0％Al、0.75％Zn、1.25％Si、0.6％Y、0.2％Mn，杂质元素小于0.022％，其余为Mg。Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10公斤，同时采用FS₆0.5％/CO₂混合气体保护，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工业纯铝0.1Kg、工业纯锌0.15Kg，Al-20Si中间合金0.6Kg、Mg-10Y中间合金0.9Kg，Al-10Mn中间合金0.25Kg，待合金元素全部溶解后，继续升高温度至720℃，通氩气搅拌开始用精炼剂对合金液进行精炼，精炼剂用量为0.5kg，时间10分钟，精炼好的镁液呈银白色镜面。然后保温静置20分钟，捞去表面浮渣后在低压铸造炉内采用氮气给压进行低压铸造。本发明合金的常温抗拉强度、冲击功及延伸率分别达到218MPa，20J，7％。高温150℃抗拉强度、延伸率分别为：158MPa，10％。

实施例3：

Mg₂Si和Y复合增强镁基合金成分(重量百分比)：5.0％Al、0.5Zn、1.5Si、1.0Y、0.3Mn，杂质元素小于0.022％，其余为Mg。Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺：按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10公斤，同时撒少量覆盖剂0.3Kg在坩埚底部，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工业纯锌0.13Kg，Al-20Si中间合金0.6Kg、Mg-10Y中间合金0.5Kg、Al-10Mn中间合金0.25Kg，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至730℃，用精炼剂0.5Kg对合金液进行精炼10分钟。然后保温静置20分钟，捞去表面浮渣后即可用浇包进行砂型浇铸，浇铸过程中在熔体上方通保护气体进行保护.本发明合金的常温抗拉强度、冲击功及延伸率分别达到210MPa，18J，6％。高温150℃抗拉强度、延伸率分别为：154MPa，9％。

Claims

1、一种Mg₂Si和Y复合增强镁基合金，其特征在于，包含的各成分及其重量百分比为：5-9％Al，0.5-1.0％Zn，1.0-1.5％Si，0.1-1.0％Y，0.1-0.1％Mn，杂质元素Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002，其余为Mg。

2、根据权利要求1所述的Mg₂Si和Y复合增强镁基合金，其特征是，优选配方为：5～9.0％Al、1.0％Zn、1.0～1.5％Si、0.1～1.0％Y、0.1％Mn，杂质元素Fe、Cu、Ni小于0.022％，其余为Mg。

3、一种Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺，其特征在于，熔铸工艺如下：在熔剂保护熔炼条件下，将工业纯镁加入到刷过涂料的烘干的坩埚中，在炉底撒少许覆盖剂，镁完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至710℃-730℃对合金液进行精炼10-20分钟，升温至750℃后静置20分钟，然后降温至浇注温度，捞去表面浮渣后进行铸造。

4、根据权利要求3所述的Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺，其特征是，加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，分别为工业纯铝、工业纯锌，Al-Si中间合金、Mg-Y中间合金、Al-Mn中间合金。

5、根据权利要求3所述的Mg₂Si和Y复合增强镁基合金熔铸工艺，其特征是，铸造方法采用压铸、低压铸造、金属型铸造或砂铸。