一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金，該鑄造鎂合金的組分及其質(zhì)量百分比為：6~12%Gd、0.5~2.5%Zn、0.5~2.5%Si、0.2~0.6 %Zr、0.1~0.3 %B，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.02%，余量為Mg；本發(fā)明通過在具有高強(qiáng)度LPSO結(jié)構(gòu)的Mg-Y-Zn合金中添加Si生成高彈性模量的Mg2Si強(qiáng)化相，提高合金的彈性模量，同時(shí)，添加K2ZrCl6-LiCl-CaF2混合鹽細(xì)化α-Mg基體，加入Mg-B2O3變質(zhì)劑對粗大的樹枝狀初生Mg2Si進(jìn)行變質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)α-Mg和Mg2Si的晶粒細(xì)化，然后再進(jìn)行三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，進(jìn)而制備出高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金。
【專利說明】一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬材料及其加工領(lǐng)域，具體的說，涉及的是一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空航天等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景。近年來，航空航天及交通運(yùn)輸工具的速度越來越高，所需的動(dòng)力功率越來越大，構(gòu)件的穩(wěn)定性要求高可靠，對鎂合金的耐熱強(qiáng)度以及抗彈性變形能力提出了更高的要求，而普通鎂合金的彈性模量約為鋁合金的60%，一般在40~45GPa之間，即使最新開發(fā)的高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金Mg-Gd-Y- Zr，陳長江在碩士論文《發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用耐熱稀土鎂合金的開發(fā)研究》(上海，上海交通大學(xué)，2010)中研究表明，其室溫彈性模量也僅為45GPa左右，其抗彈性變形能力較差，室溫和300°C時(shí)抗拉強(qiáng)度分別為320MPa和250MPa，不能滿足工程領(lǐng)域?qū)p質(zhì)高強(qiáng)度高彈性模量鎂合金材料的需求。因此，研發(fā)高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金材料的需求已變得非常迫切。
[0003]由混合定律可知，多相合金的強(qiáng)度和彈性模量是由其組成相的強(qiáng)度和彈性模量及其體積分?jǐn)?shù)決定的，引入其他成分以形成合金元素或化合物第二相可以影響基體金屬的強(qiáng)度和彈性模量。近年來的研究發(fā)現(xiàn)在某些Mg-RE-Zn合金中可以生成長周期結(jié)構(gòu)相(LPS0結(jié)構(gòu))，LPSO結(jié)構(gòu)具有高硬度、高塑韌性、高彈性模量以及與鎂基體良好的界面結(jié)合等一系列特性，該結(jié)構(gòu)可在不危害合金塑性的同時(shí)顯著提高合金室溫和高溫強(qiáng)度。Kawamura等在《Materials Transact1ns))(材料會(huì)干丨J) 2001年第42期1172-1176頁上發(fā)表的Rapidly Solidified Powder Metallurgy Mg97Zn1Y2Alloys with Excellent TensileYield Strength above 600MPa (快速凝固粉末冶金技術(shù)制備具有600MPa以上屈服強(qiáng)度的Mg97Y2Zn1合金)研究表明，LPSO結(jié)構(gòu)可大幅度改善合金的力學(xué)性能,該合金在室溫下屈服強(qiáng)度高達(dá)610MPa、延伸率達(dá)到5%，在保持良好塑性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鎂合金的超高強(qiáng)度。Leng等在《Materials Science and Engineering A》(材料科學(xué)與工程)2012 年第 40 期 38-45頁上發(fā)表的 Microstructure and high mechanical properties of Mg - 9RY - 4Zn (RY:Y-rich misch metal) alloy with long per1d stacking ordered phase (具有 LPSO 結(jié)構(gòu)的Mg - 9RY - 4Zn的微觀組織和高力學(xué)性能)報(bào)道了一種含LPSO相的高溫高強(qiáng)韌熱擠壓Mg-RY-Zn (RY:富釔稀土)合金，300°C時(shí)抗拉強(qiáng)度仍能夠保持在300MPa左右。
[0004]同時(shí)，Hu等在《Materials Science and Engineering A》(材料科學(xué)與工程)2013年第 571 期 19 - 24 頁上發(fā)表的 Microstructures and mechanical properties of theMg - 8Gd - 4Y - Nd - Zn - 3Si (wt%) alloy (Mg - 8Gd - 4Y - Nd - Zn - 3Si 合金的微觀組織和力學(xué)性能)研究表明，在鎂合金中添加硅(Si)，可以生成具有高彈性模量(120GPa)和耐熱性能的Mg2Si,提高了合金的彈性模量。不過，Si元素的添加也顯著降低合金熔體的流動(dòng)性，惡化合金的鑄造性能，且粗大的樹枝狀初生Mg2Si也嚴(yán)重?fù)p害了合金的力學(xué)性能。為了改善含硅鎂合金的性能，晶粒細(xì)化和變質(zhì)處理是重要的途徑之一。目前稀土鎂合金常用的鋯(Zr)細(xì)化劑主要是以二元Mg-Zr中間合金的形式加入。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利號(hào)為ZL200410020594.9的專利公開了一種鎂鋯中間合金的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)工藝簡單，操作容易。不過，以Mg-Zr中間合金形式加入Zr的方法仍存在合金雜質(zhì)偏高、成分不均勻、比重偏析、Zr損耗嚴(yán)重等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金及制備方法。其通過在具有高強(qiáng)度LPSO結(jié)構(gòu)的Mg-Y-Zn合金中添加Si生成高彈性模量的Mg2Si強(qiáng)化相，提高合金的彈性模量，同時(shí)，添加1(221"(:16-1^1-0&&混合鹽細(xì)化σ-Mg基體，加入Mg-B2O3變質(zhì)劑對粗大的樹枝狀初生Mg2Si進(jìn)行變質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)σ-Mg和Mg2Si的晶粒細(xì)化，然后再進(jìn)行三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，進(jìn)而制備出高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金，其各組分及其質(zhì)量百分比為:2~8%Υ、1~4%Ζη、1~3%S 1、0.3-0.7%Zr、0.1-0.3%B,雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03%,余量為Mg。
[0007]—種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，包括熔煉工藝和熱處理工藝，其中進(jìn)行熔煉工藝時(shí)，Y以Mg-25wt %Y中間合金的形式加入，Zr以K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽的形式加入，B以Mg-B2O3的形式加入，Mg、Zn和Si分別以純Mg、純Zn和純Si的形式加入。
[0008]所述熔煉工藝在SFjP CO 2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下:
Cl)配料:原料采用純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y中間合金、1(221*(:16-1^(:1-0&&混合鹽、Mg-B2O3，按照所述的質(zhì)量百分比配料；
(2)烘料:將純Mg、純 Zn、純 S1、Mg-25wt%Y 中間合金、K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和Mg-B2O3在 200~220°C預(yù)熱 2~4 小時(shí)；
(3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂熔化后，在740~760°C加入純硅,并每5分鐘對熔體攪拌一次；
(4)加Zn和Y:往670~690°C的鎂液中加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到720~740°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金；
(5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純Zn和Mg_25wt%Y完全熔化后升溫至760~780°C時(shí)加入 K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和 Mg-B 203；
(6)澆注:待K2ZrCl6-LiCl-CaFJg合鹽和Mg-B203完全熔化，攪拌后將鎂液溫度升至750~770°C保溫25分鐘，然后降溫至740~760°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770V靜置25分鐘，靜置后在720~740°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱至220~250°C。
[0009]所述熱處理工藝的步驟如下:(I)三級(jí)固溶處理:首先對鎂合金在中溫300~350°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫400~460°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫480~520°C保溫4~20小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；
(2)時(shí)效處理:對固溶處理后的合金在200~240°C保溫8~24小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0010]所述K2ZrCl6-LiCl-CaF^ 合鹽的具體成分為 60wt%K 2ZrCl6_20wt%LiCl-20wt%CaF2。[0011 ] 所述Mg-B2O3變質(zhì)劑，其具體成分為60wt%Mg_40wt%B 203。
[0012]本發(fā)明采用Y (釔)為第一組元，Y可以使得Zn在Mg中的固溶度略微降低，并與Zn形成LPSO結(jié)構(gòu)，但是加入過多的Y會(huì)推遲時(shí)效硬化峰的出現(xiàn)，進(jìn)而降低合金的強(qiáng)度，提高成本，因此Y的含量選擇控制在2~8wt% ;本發(fā)明采用Zn (鋅)為第二組元，Zn的加入可以與Mg和Y形成穩(wěn)定的強(qiáng)化相，并調(diào)整鑄造性能；本發(fā)明采用Si (硅)為第三組元，Si的加入可以生成具有高彈性模量的Mg2Si,提高了合金的彈性模量；本發(fā)明采用K2ZrCl6-LiCl-CaF2-合鹽作為細(xì)化劑，不但可達(dá)到采用Mg-Zr中間合金作為細(xì)化劑達(dá)到的細(xì)化效果，且比Mg-Zr中間合金的細(xì)化工藝簡單，Zr元素偏析較小，且收得率高，抗衰退性更強(qiáng)，進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度；本發(fā)明采用Mg-B2O3作為變質(zhì)劑，可顯著細(xì)化Mg 2Si顆粒，且變質(zhì)效果穩(wěn)定，具有長效性，進(jìn)一步提高了合金的彈性模量。
[0013]本發(fā)明的有益效果:(I)通過在具有高強(qiáng)度LPSO結(jié)構(gòu)的Mg-Y-Zn合金中添加Si生成高彈性模量的Mg2Si強(qiáng)化相，提高合金的彈性模量，同時(shí)，添加K2ZrCl6-LiCl-CaF^合鹽細(xì)化a -Mg基體，加入Mg-B2O3變質(zhì)劑對粗大的樹枝狀初生Mg 2Si進(jìn)行變質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)a -Mg和Mg2Si的晶粒細(xì)化。(2)本發(fā)明采用K2ZrCl6-LiCl-CaF2混合鹽作為細(xì)化劑，不但可達(dá)到采用Mg-Zr中間合金作為細(xì)化劑達(dá)到的細(xì)化效果，且比Mg-Zr中間合金的細(xì)化工藝簡單，Zr元素偏析較小，且收得率高，抗衰退性更強(qiáng)；(3)本發(fā)明采用Mg-B2O3作為變質(zhì)劑，可顯著細(xì)化Mg2Si顆粒，且變質(zhì)效果穩(wěn)定，具有長效性；(4)本發(fā)明所采用的三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理可以使LPSO結(jié)構(gòu)在合金基體中更加均勻的析出與生長，實(shí)現(xiàn)對LPSO結(jié)構(gòu)尺寸的調(diào)控，有利于對合金基體的強(qiáng)化；(5)采用K2ZrCl6-LiCl-CaF2M合鹽(細(xì)化σ-Mg基體)和Mg-B2O3變質(zhì)劑(變質(zhì)Mg2Si顆粒)作為復(fù)合細(xì)化劑,不但可達(dá)到采用Mg-Zr中間合金作為細(xì)化劑達(dá)到的細(xì)化效果，且比Mg-Zr中間合金的細(xì)化工藝簡單，Zr和B元素偏析較小，收得率高，抗衰退性更強(qiáng)，降低鎂合金生產(chǎn)成本。因此，通過在具有高強(qiáng)度LPSO結(jié)構(gòu)的Mg-Y-Zn合金中添加Si生成高彈性模量的Mg2Si強(qiáng)化相，提高合金的彈性模量，同時(shí)添加K2ZrCl6-LiCl-CaF2混合鹽和Mg-B2O3作為復(fù)合晶粒細(xì)化劑，顯著細(xì)化合金晶粒，進(jìn)而制備出高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明通過在具有高強(qiáng)度LPSO結(jié)構(gòu)的Mg-Y-Zn合金中添加Si生成高彈性模量的Mg2Si強(qiáng)化相，提高合金的彈性模量，同時(shí)，添加1(221"(:16-1^1-0&&混合鹽細(xì)化σ-Mg基體，加入Mg-B2O3變質(zhì)劑對粗大的樹枝狀初生Mg 2Si進(jìn)行變質(zhì)處理，實(shí)現(xiàn)σ-Mg和Mg2Si的晶粒細(xì)化，然后再進(jìn)行三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，進(jìn)而制備出高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金。
[0015]本發(fā)明所涉及的一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其包括熔煉工藝和熱處理工藝兩個(gè)部分:
所述熔煉工藝在SFjP CO 2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下:(I)配料:原料采用純 Mg、純 Zn、純 S1、Mg-25wt%Y 中間合金、K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽、Mg-B 203，按照所述的質(zhì)量百分比配料；(2)烘料:將純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y中間合金、K2ZrCl6-LiCl-CaF2-合鹽和Mg-B2O3在200~220°C預(yù)熱2小時(shí)以上；(3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂熔化后，在740~760°C加入純硅，并每5分鐘對熔體攪拌一次；(4)加Zn和Y:往670-6900C的鎂液中加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到720~740°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金；(5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純Zn和Mg_25wt%Y完全熔化后升溫至760~780°C時(shí)加入K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和 Mg-B 203； (6)澆注:待 K ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和 Mg-B 203完全熔化，攪拌后將鎂液溫度升至750~770°C保溫25分鐘，然后降溫至740~760°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770°C靜置25分鐘，靜置后在720~740°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱至220~250°C。
[0016]所述熱處理工藝包括三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，其中，三級(jí)固溶處理為:首先對鎂合金在中溫300~350°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫400-460°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫480~520°C保溫4~20小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；時(shí)效處理為:對固溶處理后的合金在200~240°C保溫8~24小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0017]本發(fā)明所述的制備方法中，所述K2ZrCl6-LiCl-CaF2混合鹽，其具體成分為60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaF2;所述 Mg-B 203變質(zhì)劑，其具體成分為 60wt%Mg_40wt%B 203。
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，所述實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下給出了詳細(xì)的實(shí)施過方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1
本實(shí)施例的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的組分及其質(zhì)量百分比為:2wt%Y、lwt%Zn、3wt%S1、0.3wt%Zr、0.3wt%B,雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03wt%,余量為Mg。
[0020]本實(shí)施例的鎂合金的制備方法包括熔煉工藝和熱處理工藝兩個(gè)部分。
[0021]所述熔煉工藝在SFjP CO2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下:(I)配料:原料采用純 Mg、純 Zn、純 S1、Mg-25wt%Y 中間合金、60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg合鹽、60wt%Mg-40wt%B203，按照所述的質(zhì)量百分比配料；(2 )烘料:將純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y 中間合金、eOwtG/^ZrCleJOwtG/oLiCUOwtG/oCaFjg合鹽和 60wt%Mg_40wt%B 203在200°C預(yù)熱2小時(shí)；(3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂錠熔化后，在740°C加入純娃，并每5分鐘對熔體攪拌一次；(4)加Zn和Y:往670°C的鎂液中加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到720°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金；(5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純 Zn 和 Mg-25wt%Y 完全熔化后升溫至 760°C 時(shí)加入 60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl_20wt%CaF2混合鹽和 60wt%Mg-40wt%B203; (6)澆注:待 60wt%K 2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg合鹽和60wt%Mg-40wt%B203完全熔化，攪拌后將鎂液溫度升至750°C保溫25分鐘，然后降溫至740°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770°C靜置25分鐘，靜置后在720°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱至220°C ；
所述熱處理工藝包括三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，其中，三級(jí)固溶處理為:首先對鎂合金在中溫300°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫400°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80 V熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫480 V保溫20小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；時(shí)效處理為:對固溶處理后的合金在240°C保溫8小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0022]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的室溫力學(xué)性能為:
抗拉強(qiáng)度:350MPa，屈服強(qiáng)度:240MPa，延伸率:3.2%，彈性模量:52GPa。
[0023]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的300°C時(shí)力學(xué)性能為: 抗拉強(qiáng)度:300MPa，屈服強(qiáng)度:210MPa，延伸率:12%，彈性模量:47GPa。
[0024]實(shí)施例2
本實(shí)施例的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的組分及其質(zhì)量百分比為:8%Y、4%Zn、l%S1、0.7%Zr、0.1%B，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03%，余量為Mg。
[0025]本實(shí)施例的鎂合金的制備方法包括熔煉工藝和熱處理工藝兩個(gè)部分。
[0026]所述熔煉工藝在SFjP CO2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下:(I)配料:原料采用純 Mg、純 Zn、純 S1、Mg-25wt%Y 中間合金、60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg合鹽、60wt%Mg-40wt%B203，按照所述的質(zhì)量百分比配料；(2)烘料:將純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y 中間合金、eOwtG/^ZrCleJOwtG/oLiCUOwtG/oCaFjg合鹽和 60wt%Mg_40wt%B 203在220°C預(yù)熱3小時(shí)；(3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂錠熔化后，在760°C加入純硅，并每5分鐘對熔體攪拌一次；(4)加Zn和Y:往690°C的鎂液中加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到740°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金；(5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純 Zn 和 Mg-25wt%Y 完全熔化后升溫至 780°C 時(shí)加入 60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl_20wt%CaF2混合鹽和 60wt%Mg-40wt%B203; (6)澆注:待 60wt%K 2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFdg合鹽和60wt%Mg-40wt%B203完全熔化，攪拌后將鎂液溫度升至770°C保溫25分鐘，然后降溫至760°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770°C靜置25分鐘，靜置后在740°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱至250°C ；
所述熱處理工藝包括三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，其中，三級(jí)固溶處理為:首先對鎂合金在中溫350°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫460°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫520°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；時(shí)效處理為:對固溶處理后的合金在200°C保溫24小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0027]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的室溫力學(xué)性能為:
抗拉強(qiáng)度:370MPa，屈服強(qiáng)度:260MPa，延伸率:2.5%，彈性模量:59GPa。
[0028]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的300°C時(shí)力學(xué)性能為:
抗拉強(qiáng)度:320MPa，屈服強(qiáng)度:220MPa，延伸率:10%，彈性模量:50GPa。
[0029]實(shí)施例3
本實(shí)施例的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的組分及其質(zhì)量百分比為:5%Y、2.5%Zn、2%S1、0.5%Zr、0.2%B,雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03 %，余量為Mg。
[0030]本實(shí)施例的鎂合金的制備方法包括熔煉工藝和熱處理工藝兩個(gè)部分。
[0031]所述熔煉工藝在SFjP CO2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下:(I)配料:原料采用純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y中間合金、60wt%
K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg 合鹽、60wt%Mg_40wt%B 203，按照所述的質(zhì)量百分比配料；(2)烘料:將純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y中間合金、60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg 合鹽和 60wt%Mg-40wt%B 203在 210 O 預(yù)熱 4 小時(shí)；(3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂錠熔化后，在750°C加入純硅，并每5分鐘對熔體攪拌一次；(4)加Zn和Y:往680°C的鎂液中加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到730°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金；(5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純Zn和 Mg-25wt%Y 完全熔化后升溫至 770 °C 時(shí)加入 60wt%K2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg合鹽和 60wt%Mg-40wt%B203; (6)澆注:待 60wt%K 2ZrCl6-20wt%LiCl-20wt%CaFjg 合鹽和60wt%Mg-40wt%B203完全熔化，攪拌后將鎂液溫度升至760°C保溫25分鐘，然后降溫至750°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770°C靜置25分鐘，靜置后在730°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，澆鑄用模具預(yù)先加熱至235°C ；
所述熱處理工藝包括三級(jí)固溶處理和時(shí)效處理，其中，三級(jí)固溶處理為:首先對鎂合金在中溫325°C°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫430°C°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫500°C°C保溫12小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；時(shí)效處理為:對固溶處理后的合金在220°C保溫16小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0032]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的室溫力學(xué)性能為:
抗拉強(qiáng)度:360MPa，屈服強(qiáng)度:247MPa，延伸率:3.3%，彈性模量:62GPa。
[0033]該高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金T6態(tài)的300°C時(shí)力學(xué)性能為:
抗拉強(qiáng)度:315MPa，屈服強(qiáng)度:212MPa，延伸率:14%，彈性模量:52GPa。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金，其特征在于:所述鑄造鎂合金的各組分及其質(zhì)量百分比為:2~8%Y、l~4%Zn、l~3%S1、0.3-0.7%Zr、0.1-0.3%B,雜質(zhì)元素 Fe、Cu 和 Ni 的總量小于0.03%，余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于包括熔煉工藝和熱處理工藝，其中進(jìn)行熔煉工藝時(shí)，Y以Mg-25wt %Y中間合金的形式加入，Zr以K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽的形式加入，B以Mg-B 203的形式加入，Mg、Zn和Si分別以純Mg、純Zn和純Si的形式加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于: 所述熔煉工藝在SFjP CO2混合氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，步驟如下: Cl)配料:原料采用純Mg、純Zn、純S1、Mg-25wt%Y中間合金、1(221*(:16-1^(:1-0&&混合鹽、Mg-B2O3，按照所述的質(zhì)量百分比配料； (2)烘料:將純Mg、純 Zn、純 S1、Mg-25wt%Y 中間合金、K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和Mg-B2O3在 200~220°C預(yù)熱 2~4 小時(shí)； (3)熔Mg和S1:采用坩堝電阻爐將烘干后的純鎂熔化，待純鎂熔化后，在740~760°C條件下加入純硅，并每5分鐘對熔體攪拌一次，得到鎂液； (4)加Zn和Y:在鎂液溫度為670~690 °C的條件下加入純Zn，當(dāng)鎂液溫度達(dá)到720~740°C后，加入Mg-25wt%Y中間合金； (5)加Zr和B:待純Mg、純S1、純Zn和Mg_25wt%Y完全熔化后升溫至760~780°C時(shí)加入 K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽和 Mg-B 203，得到混合液； (6)澆注:待K2ZrCl6-LiCl-CaFJg合鹽和Mg-B203完全熔化，攪拌后將混合液溫度升至750~770°C保溫25分鐘，然后降溫至740~760°C，不斷電精煉15分鐘，精煉后升溫至770V靜置25分鐘，靜置后在720~740°C后撇去表面浮渣并進(jìn)行澆鑄，得到鎂合金，澆鑄用模具預(yù)先加熱至220~250°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于: 所述熱處理工藝的步驟如下:(I)三級(jí)固溶處理:首先對鎂合金在中溫300~350°C保溫I小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；然后在次高溫400~460°C保溫4小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火；最后在高溫480~520°C保溫4~20小時(shí)，取出后迅速置于80°C熱水中進(jìn)行淬火； (2)時(shí)效處理:對固溶處理后的合金在200~240°C保溫8~24小時(shí)，取出后空冷至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:所述 K2ZrCl6-LiCl-CaFjeI合鹽的具體成分為 60wt%K 2ZrCl6_20wt %LiCl_20wt%CaF2。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于:所述 Mg-B2O3的具體成分為 60wt%Mg-40wt%B 203。
【文檔編號(hào)】C22C23/00GK104451314SQ201410787879
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】李子炯, 蘇玉玲, 楊紅軍, 王海燕, 常同欽, 運(yùn)高謙, 王永強(qiáng), 張偉陽, 劉德偉 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院