專利名稱：一種Nd、Sr復(fù)合強(qiáng)化耐熱鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種Nd和Sr復(fù)合強(qiáng)化的耐熱鎂合金的成分設(shè)計(jì)及其制備方 法，屬于耐熱鎂合金材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的鑄造 性能和機(jī)械加工性能，被譽(yù)為"21世紀(jì)的綠色結(jié)構(gòu)材料"，有著廣泛的應(yīng)用 前景。但是常用的普通牌號(hào)的鎂合金，例如AZ91，由于其主要強(qiáng)化相Mg17Al12 熔點(diǎn)僅為438。C，在高于100。C環(huán)境使用時(shí)強(qiáng)化相易軟化，從而導(dǎo)致合金高溫 強(qiáng)度下降，限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)復(fù)合添加堿土元素和稀土元素制備耐熱鎂合金也有報(bào)導(dǎo)，但到目前 為止，在Mg-Al合金系種復(fù)合添加堿土元素Sr和稀土元素Nd，并采用水冷模 快速冷卻方式制備耐熱鎂合金方面還未見(jiàn)先例。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種Nd和Sr復(fù)合強(qiáng)化的耐熱鎂合 金的成分設(shè)計(jì)及其制備工藝。研究表明稀土元素Nd和堿土元素Sr均可單獨(dú)作 為有效的合金元素添加到Mg-Al系合金中，形成A1-Nd、 Al-Sr等高溫強(qiáng)化相 從而提高基體合金的耐熱性能。本發(fā)明所獲得的Nd和Sr復(fù)合強(qiáng)化Mg-Al合金，具有較高的高溫強(qiáng)度和 抗蠕變性能，可以作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)材料，也可使用在 需要較高服役溫度下的其他結(jié)構(gòu)零件材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高溫耐熱性能良好的Nd和Sr復(fù)合強(qiáng) 化的耐熱鎂合金及其制備工藝。本發(fā)明的合金成分配方(質(zhì)量百分比)Al: 5.5-6.5%， Sr: 1.5-2.5%， Nd: 1.5-2.5%，雜質(zhì)元素Si《0.02%， Fe《 0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余為Mg。本合金的熔煉鑄造工藝為1)將鎂錠、鋁錠、Mg-Nd中間合金、Sr錠和鎂合金熔煉覆蓋劑在烘箱中 預(yù)熱至140~160°C;2) 將坩堝電阻爐設(shè)定加熱溫度定為78(TC，當(dāng)坩堝溫度升至200 250°C 時(shí)，在坩堝中撒入鎂合金熔煉覆蓋劑，覆蓋劑用量與合金總質(zhì)量比為 1/200 1/50，并加入鎂錠和鋁錠；3) 待合金熔液溫度升至750 78(TC時(shí)，依次加入Mg-Nd中間合金和純 Sr，并在此恒溫條件下對(duì)合金熔體攪拌2 5分鐘，攪拌完成后保溫30分鐘；4) 將合金熔液溫度調(diào)整至710 73(TC，靜置3 5分鐘后，撇去合金液表 面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆注水冷金屬模中。所述的鎂合金熔煉覆蓋劑其組成(質(zhì)量百分比)為55 65%KC1， 10 15%LiCl和25 30%CaCl2。該覆蓋劑最終不存在于目標(biāo)合金當(dāng)中。本發(fā)明的關(guān)鍵是將合金的成分設(shè)計(jì)與制備方法緊密結(jié)合，充分發(fā)揮稀土元 素Nd和堿土元素Sr對(duì)合金組織和性能的雙重影響作用，使獲得的合金高溫性 能有較大幅度的改善。


圖1:實(shí)施例1合金的顯微組織照片圖2:實(shí)施例1合金在175。C/70MPa條件下的蠕變曲線，及其與Mg-6Ai-2Sr合金蠕變曲線的對(duì)比。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳述本發(fā)明。以商業(yè)高純鎂(》99.99%)、純鋁(》99.99%)為原料，Nd元素和Sr元素分 別以Mg-20%Nd中間合金和純Sr元素的形式加入。 實(shí)施例l合金成分(質(zhì)量百分比)Al: 5.8%， Sr: 2.2%， Nd: 2.1%，雜質(zhì)元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余為Mg。將上述配比的鎂錠、鋁錠、Mg-Nd中間合金Sr錠和鎂合金熔煉覆蓋劑在 烘箱中預(yù)熱至14(TC，將坩堝電阻爐設(shè)定加熱溫度定為78(TC，當(dāng)坩堝溫度升 至200。C時(shí)，在坩堝中撒入占合金總質(zhì)量l/50的覆蓋劑，并加入鎂錠和鋁錠。 待合金熔液溫度升至75(TC時(shí)，依次加入Mg-Nd中間合金和純Sr，并在此恒 溫條件下對(duì)合金熔體攪拌5分鐘，攪拌完成后保溫30分鐘。將合金熔液溫度 調(diào)整至72(TC，靜置5分鐘后，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆注 于水冷金屬模中。
本發(fā)明的合金在175'C溫度條件下，抗拉強(qiáng)度為166MPa，伸長(zhǎng)率為7.5%; 在蠕變溫度為175°C，應(yīng)力70MPa條件下的100小時(shí)總?cè)渥兞繛?.12%。 實(shí)施例2合金成分(質(zhì)量百分比)Al: 6.3%， Sr: 1.8%， Nd: 2.3%，雜質(zhì)元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余為Mg。將上述配比的鎂錠、鋁錠、Mg-Nd中間合金Sr錠和鎂合金烙煉覆蓋劑在 烘箱中預(yù)熱至160'C，將坩堝電阻爐設(shè)定加熱溫度定為78(TC，當(dāng)坩堝溫度升 至25(TC時(shí)，在坩堝中撒入占合金總質(zhì)量1/150的覆蓋劑，并加入鎂錠和鋁錠。 待合金熔液溫度升至78(TC時(shí)，依次加入Mg-Nd中間合金和純Sr,并在此恒 溫條件下對(duì)合金熔體攪拌2分鐘，攪拌完成后保溫30分鐘。將合金熔液溫度 調(diào)整至730。C，靜置3分鐘后，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆注 于水冷金屬模中。本發(fā)明的合金在175t:溫度條件下，抗拉強(qiáng)度為164MPa，伸長(zhǎng)率為7.0%; 在蠕變溫度為175°C，應(yīng)力70MPa條件下的IOO小時(shí)總?cè)渥兞繛?.15%。實(shí)施例3合金成分(質(zhì)量百分比)Al: 5.7%， Sr: 2.3%， Nd: 1.7%,雜質(zhì)元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0,002%，其余為Mg。將上述配比的鎂錠、鋁錠、Mg-Nd中間合金Sr錠和鎂合金熔煉覆蓋劑在 烘箱中預(yù)熱至16(TC，將坩堝電阻爐設(shè)定加熱溫度定為78(TC，當(dāng)坩堝溫度升 至200。C時(shí)，在坩堝中撒入占合金總質(zhì)量1/200的覆蓋劑，并加入鎂錠和鋁錠。 待合金熔液溫度升至750°C時(shí)，依次加入Mg-Nd中間合金和純Sr，并在此恒 溫條件下對(duì)合金熔體攪拌5分鐘，攪拌完成后保溫20分鐘。將合金熔液溫度 調(diào)整至71(TC，靜置5分鐘后，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆注 于水冷金屬模中。本發(fā)明的合金在175t:溫度條件下，抗拉強(qiáng)度為161MPa，伸長(zhǎng)率為6.8%; 在蠕變溫度為175°C，應(yīng)力70MPa條件下的100小時(shí)總?cè)渥兞繛?.17%。
權(quán)利要求
1、一種Nd和Sr復(fù)合強(qiáng)化的耐熱鎂合金，其特征在于按重量百分比計(jì)，Al含量為5.5-6.5％，Sr含量為1.5-2.5％，Nd含量為1.5-2.5％，雜質(zhì)元素Si含量不大于0.02％，F(xiàn)e含量不大于0.005％，Cu含量不大于0.015％，Ni含量不大于0.002％，其余為Mg。
2 、制備權(quán)利要求1所述耐熱鎂合金的制備方法，其特征在于，具體步驟如下1) 將鎂錠、鋁錠、Mg-Nd中間合金、Sr錠和鎂合金熔煉覆蓋劑在烘箱中 預(yù)熱至140~160°C;2) 將坩堝電阻爐設(shè)定加熱溫度定為780°C，當(dāng)坩堝溫度升至200~250°C 時(shí)，在坩堝中撒入鎂合金熔煉覆蓋劑，覆蓋劑用量與合金總質(zhì)量比為 1/200~1/50，并加入鎂錠和鋁錠；3) 待合金熔液溫度升至750 78(TC時(shí)，依次加入Mg-Nd中間合金和純 Sr，并在此恒溫條件下對(duì)合金熔體攪拌2 5分鐘，攪拌完成后保溫30分鐘；4) 將合金熔液溫度調(diào)整至710 73(TC，靜置3 5分鐘后，撇去合金液表 面浮渣及覆蓋劑，將合金液澆注水冷金屬模中。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的鎂合金熔煉覆 蓋劑的質(zhì)量百分比組成為55~65%KC1， 10 15。/。LiCl和25 30。/。CaCl2。
全文摘要
一種Nd、Sr復(fù)合強(qiáng)化耐熱鎂合金及其制備方法屬于合金領(lǐng)域。本發(fā)明的合金其組分和質(zhì)量百分比為Al5.5-6.5％，Sr1.5-2.5％，Nd1.5-2.5％，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。本發(fā)明的制備工藝為先將各種合金錠和鎂合金熔煉覆蓋劑預(yù)熱，設(shè)定坩堝加熱溫度后開(kāi)始加熱，先將坩堝內(nèi)加入一定量的鎂合金熔煉覆蓋劑，并加入鎂錠和鋁錠，合金液升至一定溫度后依次加入Mg-Nd中間合金和純Sr，經(jīng)攪拌，撇去合金液表面浮渣及覆蓋劑后澆鑄于水冷金屬模中。本發(fā)明獲得的合金在175℃溫度條件下，抗拉強(qiáng)度為不低于160MPa，伸長(zhǎng)率不低于6.0％；在蠕變溫度為175℃，應(yīng)力為70MPa條件下的100小時(shí)總?cè)渥兞坎淮笥?.2％。
文檔編號(hào)C22C23/02GK101158003SQ20071017746
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者吳玉鋒, 左鐵鏞, 杜文博, 王朝輝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)