專利名稱：一種含鈮的MgAlZn系耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種適合鑄造成形，尤其適合高壓壓鑄的高性能鎂合金。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進(jìn)一步研發(fā)燃料利用率更高的新產(chǎn)品。在汽車制造業(yè)中，鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬材料，被汽車制造廠家用來替代傳統(tǒng)的鑄鐵，以實(shí)現(xiàn)減輕車身重量的目的。目前，國產(chǎn)MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有YM302、YM303、YM304、YM305 ;美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM B的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有AZ91A、AZ91B、AZ91D ;日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有MDC1B、MDC1D ;歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有EN-MC21110、EN-MC21120, EN-MC21121。這些牌號的合金具有流動性、機(jī)械加工性、壓鑄性能都十分優(yōu)良的特點(diǎn)，被廣泛用于金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、砂型鑄造等鑄造形式，并且由于含有合金元素Zn，抗拉強(qiáng)度也十分優(yōu)良。另外，MgAlZn系鎂合金也有用于變形鎂合金方向的。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題汽車上的某些部件，如變速箱箱體、發(fā)動機(jī)箱蓋等，工作溫度較高，并且也存在著輕量化的需求。但上述MgAlZn系鎂合金由于合金組織中P相以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點(diǎn)較低，不耐高溫，上述MgAlZn系鎂合金在在200°C高溫下的抗拉強(qiáng)度均小于90MPa，因此其生產(chǎn)的部件不適于在高溫環(huán)境下工作，因而無法滿足汽車上述部件的耐高溫需求。因而，本領(lǐng)域急需一種力學(xué)性能優(yōu)良、耐高溫、能適用于鑄造或軋制變形的鎂合金。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種含鈮的MgAlZn系耐熱鎂合金。所述技術(shù)方案如下一種含銀的MgAlZn系耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Zr及M元素組成，其重量百分組成為Al I. 5-25 %、Zn 0.1-3. 5 %、Mn 0.1-2. 2 %、稀土0. 0002-16%, Nb 0. 0002-4%, Zr 0. 001_2%、M 元素 0. 001_2%，其余為 Mg ;其中，M 元素為Ti、Sr、Ca、C、B中的至少一種。其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Yb、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。優(yōu)選，所述稀土為Gd 或 Gd 與 Y、Sc、Sm、Nd、Yb、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。優(yōu)選，其重量百分組成為Al I. 5-2. 5%,Zn 0. 3-1%,Mn 0. 1-0. 6%,Gd 0. 1-4%,Nb 0. 05-1 %、Zr 0. 2-0. 9%,M 元素 0. 05-0. 8%，其余為 Mg。
優(yōu)選，其重量百分組成 為Al 4. 5-10%, Zn 0.3-1 %、Mn 0.1-0.6%'Gd 0.1-2 %、Nb 0. 05-1 %、Zr 0. 2-0. 9%,M 元素 0. 05-0. 3%，其余為 Mg。更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 7-9. 7 %, Zn 0.35-1 %、Mn 0.12-0.6%、Gd0. 1-0. 8%、NbO. 05-0. 6%, Zr 0. 2-0. 9%,M 元素 0. 1-0. 2%，其余為 Mg。最優(yōu)選，其重量百分組成為Al 8. 5 %、Zn 0.5 %、Mn 0. 3 %、稀土 0. 6 %、Nb
0.2%, Zr 2%、M 元素 0. 1%，其余為 Mg。其中，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是本發(fā)明提供的鎂合金中，由于RE能與Mg形成MgRE化合物，Nb能和其他元素(如Al)形成一些耐高溫的金屬化合物，這些金屬化合物分布在晶界上，替代了部分Mg17Al12P相，改變了 P相的結(jié)構(gòu)，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，Zr和M元素共同作用，能強(qiáng)烈細(xì)化晶粒和凈化合金液，延緩晶粒的長大，在上述元素的聯(lián)合作用下，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下I、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金可通過以下三種熔煉工藝制作工藝一按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、鋅錠、MgMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金、AlZr中間合金或MgZr中間合金，另外，AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。給所用電阻爐升溫，當(dāng)加入的上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C _780°C時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGcUMgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C-78(TC靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護(hù)氣體可以是氬氣，也可以是SF6,還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。工藝二 按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在真空爐中加入鋁錠、鋅錠、AlMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金、MgZr中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。升溫至820°C，保溫2-8小時(shí)，然后降溫到720°C -780°C，加入鎂錠和RE。待所加入的金屬熔化后在720°C -780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如氣體含量的檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。
本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護(hù)氣體可以是氬氣，也可以是SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑、RE和中間合金為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。工藝三照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在熔爐中加入標(biāo)準(zhǔn)牌號MgAlZn系壓鑄鎂合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、MgCa中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720V _780°C時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGcUMgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到7000C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件或準(zhǔn)備用于軋制的鑄塊。
本工藝中鎂合金覆蓋劑、RE和中間合金為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。2、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進(jìn)行熱處理，其它形式的鑄造件可進(jìn)行熱處理，一般采用T4固溶處理。T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至4200C，保溫12小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫50°C。受熔煉過程選用原料的純度及熔煉、鑄造過程中其他一些不可避免的因素的影響，本發(fā)明實(shí)施例提供的壓鑄鎂合金可能會含有不可避免的雜質(zhì)，如Fe、Cu、Si、Be等，只要所述雜質(zhì)對鎂合金的性能不造成明顯影響，并且雜質(zhì)總量控制在所述鎂合金成品中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比< 0. 1%以內(nèi)，存在微量雜質(zhì)也是允許的。實(shí)施例I按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al I. 5%,Zn 0. l%,Mn 0. 1%,Y 0. 0002%,Nb 0. 0002%,Zr 0. 001%,B 0.0002%，其余為 Mg。鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例2按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用采用低壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 25%, Zn 3. 5%, Mn 2. 2%, Sc 16%, Nb 4%, Zr 2%, Ca 2%，其余為Mg。鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例3按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Al I. 5%, Zn 0. 3%, Mn 0. I %, Sm 0. I %, Nb 0. 05%, Zr 0. 2%, Sr 0. 05%,其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實(shí)施例4按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2. 5%, Zn l%,Mn 0. 6%, Nd 4%, Nb 1%, Zr 0. 9%, Ca 0.8%，其余為Mg本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例5按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 4. 5%, Zn 0. 3%, Mn 0. 1%, La 0. I %, Nb 0. 05%, Zr 0. 2%, C
0.05%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例6按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 10%, Zn l%,Mn 0. 6%, Ce 2%, Nb 1%, Zr 0. 9%, B 0.3%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例I按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過程中使用的所述標(biāo)準(zhǔn)牌號壓鑄鎂合金為YM302，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Al 7%, Zn 0.65%、Mn
0.2%'Tb 0. I %, Nb 0. 05%,Zr 0. 2%'Ti 0. 1%，其余為 Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例8按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 9. 7%, Zn l%,Mn 0. 6%, Dy 0. 8%, Nb 0. 6%, Zr 0. 9%, Ti 0.2%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例9按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%,Zn 0. 4%,Mn 0. 2%,Gd 0. 3%,Nb 0. 2%,Zr 0. 4%,Ti 0. 15%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例10按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%,Zn 0. 4%, Mn 0. 2%,Gd 0. 2%, Ho 0. I %, Nb 0. 2%,Zr 0. 4%,Ti
0.15%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例11按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%,Zn 0. 4%,Mn 0. 2%,Ho 0. 3%,Nb 0. 2%,Zr 0. 4%,Ti 0.15%，其余為Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例12按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 3%, Zn 0. 2%, Mn l%,Er 0. 05%, Nb 0. 03%, Zr 0. 1%, C 0.03%，其余為Mg。本實(shí)施例提供 的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例13按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 15%, Zn I. 5%, Mn l%,Gd 6%, Nb 2%, Zr l%,Sr 1.2%，其余為 Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例14按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 9. 5%,Zn 0. 4%,Mn 0. 3%,Gd 0. 2%,Nb 0. l%,Zr 0. 3%,Ca 0. 15%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。實(shí)施例15按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 Al 8. 5%, Zn 0. 5%, Mn 0. 4%, Gd 0. 6%, Nb 0. 2%, Zr 2%, C 0. 1%，其余為Mg。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。對比實(shí)施例按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 8.5%、Zn 0.5%、Mn 0.3%、Gd 0. 6%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。以上各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件可以含有微量的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比<0.5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比
<0. 1%。與AZ91系壓鑄鎂合金一樣，本發(fā)明提供的鎂合金還適用于金屬模鑄造、半固態(tài)鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、砂型鑄造等鑄造方式。本發(fā)明各實(shí)施例及對比實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參見表I。表I各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種含銀的MgAlZn系耐熱鎂合金,其特征在于,所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Zr及M元素組成，其重量百分組成為Al I. 5-25%、Zn 0. 1-3. 5%,Mn 0.1-2. 2%、稀土0.0002-16%, Nb 0. 0002-4%, Zr 0. 001_2%、M 元素 0. 0002-2%，其余為 Mg ;其中，M 元素為Ti、Sr、Ca、C、B中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Yb、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sc、Sm、Yb、Pr、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al1.5-2.5%、Zn 0.3-1 %、Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0. 1-4%, Nb 0. 05-1%, Zr 0. 2-0.9%、M 元素0. 05-0.8%，其余為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al4.5-10%, Zn 0. 3-1%, Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0. 1-2%, Nb 0. 05-1%, Zr 0. 2-0. 9%、M 元素0. 05-0. 3%，其余為 Mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3及5任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為A17-9. 7%, Zn 0. 35-1 %、Mn 0. 12-0. 6%, Gd 0. 1-0. 8%, Nb 0. 05-0. 6%, Zr 0. 2-0. 9%、M元素0. 1-0. 2%，其余為Mg。
7.根據(jù)權(quán)利要求1_3、5及6任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為A18. 5%, Zn 0. 5%, Mn 0. 3%、稀土 0. 6%、Nb 0. 2%,Zr 2%、M 元素 0. I %，其余為 Mg。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈮的MgAlZn系耐熱鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Zr及M元素組成，其重量百分組成為Al 1.5-25％、Zn 0.1-3.5％、Mn 0.1-2.2％、稀土0.0002-16％、Nb 0.0002-4％、Zr 0.001-2％、M元素0.0002-2％，其余為Mg；其中，M元素為Ti、Sr、Ca、C、B中的至少一種。本發(fā)明通過在鎂合金中添加稀土元素、Nb元素，改變β相的結(jié)構(gòu)，提高了鎂合金的耐高溫性能；通過加入Zr和M元素來細(xì)化晶粒，從而得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號C22C23/06GK102618760SQ20121010777
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者馮俊 申請人:江漢大學(xué)