專利名稱：一種高韌性的耐熱鎂合金及其熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高韌性的耐熱鎂合金及其熔煉方法。屬于工業(yè)用鎂合金的范疇。
背景技術(shù)：
目前，隨著節(jié)能環(huán)保和汽車性能提升要求的不斷提高，鎂合金因?yàn)槊芏刃?、比?qiáng)度比剛度高、鑄造性能好，尤其是易于壓鑄成型，除此還具有優(yōu)良的減振性能和易于回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車工業(yè)的應(yīng)用呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。隨著鎂合金在汽車上應(yīng)用的不斷拓展，如從原先的變速箱殼體、儀表盤、車門等一般零部件向發(fā)動機(jī)支架、活塞、輪轂等重要位置的結(jié)構(gòu)件和功能件發(fā)展，人們也在開發(fā)滿足各種不同要求的鎂合金，如高強(qiáng)高韌耐熱鎂合金、高溫抗蠕變耐蝕鎂合金等。
傳統(tǒng)的鎂合金如AZ91D、AM60B、AS41、AE42等獲得了廣泛的應(yīng)用，依然是目前應(yīng)用量最大的幾種鎂合金。但是這些合金都具有某些缺點(diǎn)，例如在250℃以上溫度的強(qiáng)度非常低(≤100MPa)，抗腐蝕性能差，抗蠕變性能低(AZ91D、AM60B)。制約著鎂合金在發(fā)動機(jī)等重要部件上的應(yīng)用。目前的鎂合金普遍存在的另一個(gè)問題是合金組元較多，合金組元之間可能發(fā)生反應(yīng)生成不溶于鎂合金熔液的金屬間化合物，增加了鎂合金回收利用的難度，降低了收得率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高韌性的耐熱鎂合金。它能滿足較高力學(xué)性能和高溫抗蠕變性能的要求，具有比現(xiàn)有鎂合金高得多的斷裂韌性和抗腐蝕性能，同時(shí)只有1個(gè)合金組元，便于回收利用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高韌性的耐熱鎂合金的熔煉方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種高韌性的耐熱鎂合金，該鎂合金的成份含量為Y的含量為8～16wt％，其余為Mg。
在本發(fā)明高韌性的耐熱鎂合金中，所述的Y的最佳含量為9～13wt％。
一種權(quán)利要求1所述的鎂合金的熔煉方法，該方法包括下述步驟(1)、按本發(fā)明所述的鎂合金的成份的重量百分比進(jìn)行備料；(2)、將預(yù)熱爐升溫到160～660℃，并將熔化爐升溫到500～800℃，且向熔化爐通入保護(hù)氣體；(3)、在預(yù)熱爐中，將純鎂錠預(yù)熱到100～600℃，同時(shí)將純Y錠預(yù)熱到100～500℃；(4)、在已經(jīng)預(yù)熱的熔化爐中進(jìn)行純鎂錠的熔煉，首先將占1熔化爐的熔化重量1/2～1/20的預(yù)熱純鎂錠加入熔化爐中，使其在保護(hù)氣體的保護(hù)下完全熔化，然后將其余的預(yù)熱純鎂錠分批加入到熔化爐中，待前一批預(yù)熱純鎂錠熔化后，再加入下一批預(yù)熱鎂錠，每批加入量以純鎂錠完全淹沒在鎂熔液中為準(zhǔn)；如此重復(fù)進(jìn)行，直至純鎂錠加入量達(dá)到預(yù)定值，完全熔化后，將熔液表面的浮渣清理干凈，將溫度控制在680～860℃；(5)、將預(yù)熱后的純Y錠連同盛放Y錠的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，便于Y的溶解和擴(kuò)散；(6)、將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；(7)、最后，將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成鑄錠或鑄件；或者將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)鑄造；或者將鎂合金熔液根據(jù)鑄件重量分批澆注到擠壓鑄造機(jī)或壓鑄機(jī)中，擠壓鑄造或壓鑄成鑄件。
在所述的步驟(5)中，所述的加料筐上密布著大量的小孔，也就是說加料筐上密布著的小孔為篩子狀。
在本發(fā)明的鎂合金的熔煉方法中，所述的保護(hù)氣體優(yōu)選為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。以下簡稱為保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的鎂合金能滿足較高力學(xué)性能和高溫抗蠕變性能的要求，具有比現(xiàn)有鎂合金高得多的抗腐蝕性能，同時(shí)只有1個(gè)合金組元，便于回收利用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例11000公斤Mg-10Y鎂合金(Mg-10Y鎂合金的成份含量為Y的含量為10重量％，其余為Mg)熔煉方法。
1、熔煉準(zhǔn)備接通預(yù)熱爐、熔化爐的電源，升溫。將預(yù)熱爐升溫到420～460℃，將熔化爐升溫到600～620℃，向熔化爐內(nèi)通入保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
2、純鎂錠和純Y錠預(yù)熱采用預(yù)熱爐將表面潔凈的910公斤純鎂錠和102公斤純Y錠預(yù)熱到260～360℃，其中純Y錠盛放在Y加料筐中，連同加料筐一起放入預(yù)熱爐中預(yù)熱。加料筐采用3mm厚的Cr13號鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀。
3、純鎂錠熔化首先加入80～90公斤表面潔凈的純鎂錠，使其在前述混合氣體保護(hù)下完全熔化，然后分批將預(yù)熱到設(shè)定溫度的純鎂錠加入到熔化爐中。第1次加入約25～40公斤，具體加入量以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；待完全熔化后再加入第2批預(yù)熱鎂錠，加入量仍然以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；如此反復(fù)，直至鎂錠加入量達(dá)到預(yù)定值910公斤，完全熔化后，用扒渣勺將熔液表面的浮渣清理干凈，將溫度控制在760～780℃。
4、合金化將預(yù)熱后的純Y錠連同盛放Y錠的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在該溫度下保溫30～40分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；5、澆注用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成鑄錠。至此熔煉結(jié)束。
本發(fā)明的Mg-10Y鎂合金的室溫?cái)嗔蜒由炻师摹?4％，抗拉強(qiáng)度σb為275～285MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2為215～225Mpa；250℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度σb≥255MPa。
實(shí)施例21000公斤Mg-8.2Y鎂合金(Mg-8.2Y鎂合金的成份含量為Y的含量為8.2重量％，其余為Mg)熔煉方法。
1、熔煉準(zhǔn)備接通預(yù)熱爐、熔化爐的電源，升溫。將預(yù)熱爐升溫到420～460℃，將熔化爐升溫到600～620℃，向熔化爐內(nèi)通入保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
2、純鎂錠和純Y錠預(yù)熱采用預(yù)熱爐將表面潔凈的930公斤純鎂錠和83公斤純Y錠預(yù)熱到260～360℃，其中純Y錠盛放在Y加料筐中，連同加料筐一起放入預(yù)熱爐中預(yù)熱。加料筐采用3mm厚的Cr13號鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀。
3、純鎂錠熔化首先加入80～90公斤表面潔凈的純鎂錠，使其在前述混合氣體保護(hù)下完全熔化，然后分批將預(yù)熱到設(shè)定溫度的純鎂錠加入到熔化爐中。第1次加入約25～40公斤，具體加入量以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；待完全熔化后再加入第2批預(yù)熱鎂錠，加入量仍然以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；如此反復(fù)，直至鎂錠加入量達(dá)到預(yù)定值930公斤，完全熔化后，用扒渣勺將熔液表面的浮渣清理干凈，將溫度控制在760～780℃。
4、合金化將預(yù)熱后的純Y錠連同盛放Y錠的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在該溫度下保溫25～35分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；5、澆注用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，制備成壓力加工用的坯錠。
本發(fā)明的Mg-8.2Y鎂合金經(jīng)過擠壓成型后，其室溫?cái)嗔蜒由炻师摹?8％，抗拉強(qiáng)度σb為285～295MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2為215～225Mpa；250℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度σb≥240MPa。
實(shí)施例31000公斤Mg-15Y鎂合金(Mg-15Y鎂合金的成份含量為Y的含量為15重量％，其余為Mg)熔煉方法。
1、熔煉準(zhǔn)備接通預(yù)熱爐、熔化爐的電源，升溫。將預(yù)熱爐升溫到420～460℃，將熔化爐升溫到600～620℃，向熔化爐內(nèi)通入保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
2、純鎂錠和純Y錠預(yù)熱采用預(yù)熱爐將表面潔凈的860公斤純鎂錠和152公斤純Y錠預(yù)熱到260～360℃，其中純Y錠盛放在Y加料筐中，連同加料筐一起放入預(yù)熱爐中預(yù)熱。加料筐采用3mm厚的Cr13號鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀。
3、純鎂錠熔化首先加入80～90公斤表面潔凈的純鎂錠，使其在前述混合氣體保護(hù)下完全熔化，然后分批將預(yù)熱到設(shè)定溫度的純鎂錠加入到熔化爐中。第1次加入約25～40公斤，具體加入量以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；待完全熔化后再加入第2批預(yù)熱鎂錠，加入量仍然以鎂錠完全淹沒在鎂液中為準(zhǔn)；如此反復(fù)，直至鎂錠加入量達(dá)到預(yù)定值860公斤，完全熔化后，用扒渣勺將熔液表面的浮渣清理干凈，將溫度控制在760～780℃。
4、合金化將預(yù)熱后的純Y錠連同盛放Y錠的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Y完全溶解后，再在該溫度下保溫45～55分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；5、鑄造成型根據(jù)鑄件重量，用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液分批澆注到擠壓鑄造機(jī)中，擠壓鑄造成鑄件。
本發(fā)明的Mg-15Y鎂合金經(jīng)過擠壓鑄造成型后，其室溫?cái)嗔蜒由炻师摹?2％，抗拉強(qiáng)度σb為275～285MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2為225～235Mpa；250℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度σb≥265MPa。
權(quán)利要求
1.一種高韌性的耐熱鎂合金，其特征在于該鎂合金的成份含量為Y的含量為8～16wt％，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性的耐熱鎂合金，其特征在于所述的Y的含量為9～13wt％。
3.一種權(quán)利要求1所述的鎂合金的熔煉方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)、按權(quán)利要求1所述的鎂合金的成份的重量百分比進(jìn)行備料；(2)、將預(yù)熱爐升溫到160～660℃，并將熔化爐升溫到500～800℃，且向熔化爐通入保護(hù)氣體；(3)、在預(yù)熱爐中，將純鎂錠預(yù)熱到100～600℃，同時(shí)將純Y錠預(yù)熱到100～500℃；(4)、在已經(jīng)預(yù)熱的熔化爐中進(jìn)行純鎂錠的熔煉，首先將占1熔化爐的熔化重量1/2～1/20的預(yù)熱純鎂錠加入熔化爐中，使其在保護(hù)氣體的保護(hù)下完全熔化，然后將其余的預(yù)熱純鎂錠分批加入到熔化爐中，待前一批預(yù)熱純鎂錠熔化后，再加入下一批預(yù)熱鎂錠，每批加入量以純鎂錠完全淹沒在鎂熔液中為準(zhǔn)；如此重復(fù)進(jìn)行，直至純鎂錠加入量達(dá)到預(yù)定值，完全熔化后，將熔液表面的浮渣清理干凈，將溫度控制在680～860℃；(5)、將預(yù)熱后的純Y錠連同盛放Y錠的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，便于Y的溶解和擴(kuò)散；(6)、將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；(7)、最后，將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成鑄錠或鑄件；或者將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)鑄造；或者將鎂合金熔液根據(jù)鑄件重量分批澆注到擠壓鑄造機(jī)或壓鑄機(jī)中，擠壓鑄造或壓鑄成鑄件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金的熔煉方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高韌性的耐熱鎂合金，該鎂合金的成份含量為Y的含量為8～16wt％，其余為Mg。其方法包括(1)備料；(2)預(yù)熱爐、熔化爐升溫，向熔化爐通入保護(hù)氣體；(3)預(yù)熱純鎂錠、純Y錠；(4)在保護(hù)氣體的保護(hù)下分批熔化預(yù)熱純鎂錠；(5)將盛放預(yù)熱后的Y錠的加料筐沒入鎂熔液中熔化；(6)將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Y完全溶解后，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使合金元素Y均勻分布在鎂熔液中；(7)將鎂合金熔液澆注成鑄錠或鑄件；或者進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)鑄造；或者進(jìn)行擠壓鑄造或壓鑄成鑄件。本發(fā)明的鎂合金能滿足較高力學(xué)性能和高溫抗蠕變性能的要求，具有比現(xiàn)有鎂合金高得多的斷裂韌性和抗腐蝕性能，同時(shí)只有1個(gè)合金組元，便于回收利用。
文檔編號C22C1/02GK1982488SQ200510130470
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者張奎, 李興剛, 米緒軍, 熊柏青, 李永軍 申請人:北京有色金屬研究總院