專利名稱：Mg的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種增強(qiáng)鎂基合金及其熔鑄的工藝，具體是一種Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金及其熔鑄工藝。屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球范圍內(nèi)的能源緊缺以及各國政府對環(huán)境保護(hù)的日益重視，汽車(尤其是轎車)的輕量化已成為世界范圍內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。鎂合金在汽車減重、性能改善和環(huán)保中的作用日益得到工業(yè)界重視。要進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金在汽車產(chǎn)品上的應(yīng)用，現(xiàn)有的鎂合金難以滿足要求。
目前，除了稀土具有提高鎂合金的耐熱性能外，硅也是對提高合金耐熱性能有益的元素，但是Si加入鎂合金后會形成粗大的漢字狀的Mg2Si相，只適于冷卻速度較快的壓鑄，而不適于砂鑄及金屬型鑄造。如70年代德國大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄鎂合金AS41(Mg-4Al-1Si)及AS21(Mg-2Al-1Si)，170℃時(shí)這類合金的蠕變強(qiáng)度高于AZ91和AM60鎂合金，它具有良好的延伸率、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，應(yīng)用于空冷汽車發(fā)動機(jī)曲軸箱、通風(fēng)機(jī)殼等大眾汽車零部件。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Bronfin B等人在《Materials Science and Engineering A》(材料科學(xué)與工程A，2001，30246-50AS)上發(fā)表的“Preparation and solidification featuresof AS21 magnesium alloy”(AS21鎂合金的制備及凝固特點(diǎn))一文，該文提出系列的鎂合金解決了鎂合金蠕變性能不好的問題，該系列合金是通過引用Si元素提高合金的蠕變性能，其中AS21(Mg-2Al-1Si)鎂合金的蠕變強(qiáng)度優(yōu)于AS41鎂合金，但是，由于Al含量較低并且合金中的主要強(qiáng)化相Mg2Si在凝固速度較慢的條件下會變成粗大的“漢字狀”，因此該系列合金的室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都較AZ91和AM60低，鑄造性能也更差。所以含有Mg2Si強(qiáng)化相的鎂合金目前只能應(yīng)用于凝固速度較快的壓鑄生產(chǎn)，而不能砂鑄，從而限制了該合金的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有細(xì)化含Mg2Si相的鎂合金不足，提出一種Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金及其熔鑄工藝，通過加入Y使其克服單純以Mg2Si相增強(qiáng)鎂合金蠕變抗力不足的問題，同時(shí)其熔煉鑄造工藝是一種集細(xì)化和強(qiáng)化作用于一體的更廉價(jià)的合金化方法，擴(kuò)大了含Mg2Si強(qiáng)化相鎂合金的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金包含的各成分及其重量百分比為5-9％Al，0.5-1.0％Zn，1.0-1.5％Si，0.1-1.0％Y，0.1-0.3％Mn，雜質(zhì)元素Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002，其余為Mg。
本發(fā)明以5-9％Al作為基本成分，同時(shí)加入0.5-1.0％Zn賦予合金以必要的強(qiáng)度與鑄造性能，加入1.0-1.5％Si以提高合金的耐熱性能，加入Y一方面是為了改善Mg2Si強(qiáng)化相的形貌，另一方面是為了彌補(bǔ)單純加入Si形成的合金耐熱性能不足的問題，加入0.1-0.3％的Mn是為了提高合金的抗腐蝕性能。形成的合金的耐熱性能與目前含稀土的抗蠕變鎂合金AE42相當(dāng)，鑄造性能、耐腐蝕性能及成本與鎂合金AZ91相當(dāng)。
本發(fā)明優(yōu)選配方為5～9.0％Al、1.0％Zn、1.0～1.5％Si、0.1～1.0％Y、0.1％Mn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni小于0.022％，其余為Mg。
本發(fā)明的熔鑄工藝如下在熔劑(氣體)保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂加入到刷過涂料的烘干的坩堝中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，其中Al，Zn，Si，Y，Mn，分別為工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅，Al-Si中間合金、Mg-Y中間合金、Al-Mn中間合金。待合金元素全部溶解后，用工具攪拌使其混合均勻繼續(xù)升高溫度至710℃-730℃對合金液進(jìn)行精煉10-20分鐘，升溫至750℃后靜置20分鐘，然后降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣后進(jìn)行鑄造，鑄造方法可采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂鑄。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鑄造合金的顯微組織明顯細(xì)化，Mg2Si形貌由粗大的漢字狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀。以Mg-5Al-1Zn-1Si合金為例，晶粒尺寸由125um銳減為62um(金屬型鑄造)，合金的室溫抗拉強(qiáng)度220Mpa、屈服強(qiáng)度106MPa、延伸率為8％、沖擊韌性提高40％以上。200℃，50Mpa蠕變條件下的最小穩(wěn)態(tài)蠕變速率1.6×10-8％/S，而相同條件下AZ91鎂合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為7.7×10-5％/S，即新合金的抗高溫蠕變性能比目前常用的AZ91鎂合金提高近2個(gè)數(shù)量級，超過AE42耐熱鎂合金的水平，而合金成本則與AZ91相當(dāng)，比AE42低得多。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金成分(重量百分比)9.0％Al、1.0％Zn、1.0％Si、0.1％Y、0.1％Mn，雜質(zhì)元素小于0.022％，其余為Mg。。Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)撒少量覆蓋劑(JDF)0.3Kg在坩堝底部，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工業(yè)純鋁0.4Kg、工業(yè)純鋅0.15Kg，Al-20Si中間合金0.6Kg、Mg-10Y中間合金1Kg(按80％的收得率)，Al-10Mn中間合金0.25Kg待合金元素全部溶解后，用工具攪拌使其混合均勻繼續(xù)升高溫度至710℃，用精煉劑0.4Kg對合金液進(jìn)行精煉10分鐘，精煉好的鎂液呈銀白色鏡面，鎂液不粘攪拌工具。然后保溫靜置20分鐘，撈去表面浮渣后即可用澆包進(jìn)行金屬型澆鑄。本發(fā)明合金的常溫抗拉強(qiáng)度、沖擊功及延伸率分別達(dá)到225MPa，25J，7.5％。高溫150℃抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為162MPa，11％。
實(shí)施例2Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金成分(重量百分比)7.0％Al、0.75％Zn、1.25％Si、0.6％Y、0.2％Mn，雜質(zhì)元素小于0.022％，其余為Mg。Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)采用FS60.5％/CO2混合氣體保護(hù)，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工業(yè)純鋁0.1Kg、工業(yè)純鋅0.15Kg，Al-20Si中間合金0.6Kg、Mg-10Y中間合金0.9Kg，Al-10Mn中間合金0.25Kg，待合金元素全部溶解后，繼續(xù)升高溫度至720℃，通氬氣攪拌開始用精煉劑對合金液進(jìn)行精煉，精煉劑用量為0.5kg，時(shí)間10分鐘，精煉好的鎂液呈銀白色鏡面。然后保溫靜置20分鐘，撈去表面浮渣后在低壓鑄造爐內(nèi)采用氮?dú)饨o壓進(jìn)行低壓鑄造。本發(fā)明合金的常溫抗拉強(qiáng)度、沖擊功及延伸率分別達(dá)到218MPa，20J，7％。高溫150℃抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為158MPa，10％。
實(shí)施例3Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金成分(重量百分比)5.0％Al、0.5Zn、1.5Si、1.0Y、0.3Mn，雜質(zhì)元素小于0.022％，其余為Mg。Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂10公斤，同時(shí)撒少量覆蓋劑0.3Kg在坩堝底部，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入工業(yè)純鋅0.13Kg，Al-20Si中間合金0.6Kg、Mg-10Y中間合金0.5Kg、Al-10Mn中間合金0.25Kg，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌使其混合均勻繼續(xù)升高溫度至730℃，用精煉劑0.5Kg對合金液進(jìn)行精煉10分鐘。然后保溫靜置20分鐘，撈去表面浮渣后即可用澆包進(jìn)行砂型澆鑄，澆鑄過程中在熔體上方通保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù).本發(fā)明合金的常溫抗拉強(qiáng)度、沖擊功及延伸率分別達(dá)到210MPa，18J，6％。高溫150℃抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為154MPa，9％。
權(quán)利要求
1.一種Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金，其特征在于，包含的各成分及其重量百分比為5-9％Al，0.5-1.0％Zn，1.0-1.5％Si，0.1-1.0％Y，0.1-0.1％Mn，雜質(zhì)元素Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金，其特征是，優(yōu)選配方為5～9.0％Al、1.0％Zn、1.0～1.5％Si、0.1～1.0％Y、0.1％Mn，雜質(zhì)元素Fe、Cu、Ni小于0.022％，其余為Mg。
3.一種Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝，其特征在于，熔鑄工藝如下在熔劑保護(hù)熔煉條件下，將工業(yè)純鎂加入到刷過涂料的烘干的坩堝中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化后，680℃～700℃加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，待合金元素全部溶解后，用工具攪拌使其混合均勻繼續(xù)升高溫度至710℃-730℃對合金液進(jìn)行精煉10-20分鐘，升溫至750℃后靜置20分鐘，然后降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣后進(jìn)行鑄造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝，其特征是，加入合金元素Al，Zn，Si，Y，Mn，分別為工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅，Al-Si中間合金、Mg-Y中間合金、Al-Mn中間合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Mg2Si和Y復(fù)合增強(qiáng)鎂基合金熔鑄工藝，其特征是，鑄造方法采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂鑄。
全文摘要
一種Mg
文檔編號C22C23/02GK1560299SQ20041001677
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者黃曉鋒, 王渠東, 曾小勤, 盧晨, 丁文江 申請人:上海交通大學(xué)