一種熱處理強化高強度鑄造鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料鎂合金領域，特別涉及一種熱處理強化高強度鑄造鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]作為目前實際應用中最輕的金屬結構材料，鎂合金具有許多優(yōu)良性能，如密度小、比強度和比剛度高以及良好的電磁屏蔽與減震性能，被人們譽為“21世紀最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜木G色工程材料”，面對全球性的能源危機和環(huán)境污染問題，鎂合金在許多工業(yè)領域中呈現良好的發(fā)展前景。
[0003]目前，在現有應用的鎂合金部件中，80 %以上通過鑄造成型，主要應用領域為汽車工業(yè)。目前使用量較大的商業(yè)鎂合金牌號主要有AM60、AZ91D、ZK61、AS31及AE42等，主要用于制備汽車方向盤、儀表盤和變速箱殼體等對強度要求不高的普通部件。然而，隨著汽車部件領域輕量化需求的不斷提高，減震塔、轉向架等汽車承重結構件也需要通過使用鎂合金材料來降低重量。而目前使用的商業(yè)鑄造鎂合金的強度較低，屈服強度低于200MPa，不足以滿足承重件的強度要求。因此，開發(fā)具有高強度的鑄造鎂合金及其制備技術是目前的熱點。
[0004]鎂合金強度的提高主要通過合金晶粒細化、固溶強化和時效析出強化。目前新開發(fā)的高強度鑄造鎂合金主要是通過添加稀土元素后產生的固溶和時效強化效果來提高合金性能，主要有Mg-Zn-Y-Nd-Zr系列和Mg-Gd-Y-Zn_Zr系列，此類鑄造合金熱處理強化后抗拉強度可以達到300MPa，屈服強度可以達到200MPa。但是該類合金含有大量稀土元素，成本極高，主要應用于航空航天和軍工領域。
[0005]因此有必要開發(fā)低成本高強度的鑄造鎂合金對拓展鎂合金的應用領域具有重要的意義和必要性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種高強度鑄造鎂合金及其制備方法，解決目前鑄造鎂合金強度較低的問題，所述鎂合金為高強度鑄造鎂合金，通過鑄造成型和熱處理工藝獲得優(yōu)異的力學性會泛。
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0008]一種高強度鑄造鎂合金，合金各組分及其重量百分比為:Zn:8.0-10.0%,Α1:1.0-5.0%, Sn:l.0-5.0%, Cu:0.1-1.0%, Mn:0.3-0.8%, Ca:0.3-0.5%，其余為 Mg 和不可避免的雜質元素。
[0009]優(yōu)選的，合金各組分及其重量百分比為:Zn:8.0-9.0 %, Al:l.0-3.0 %，Sn:l.0-3.0%,Cu:0.1-0.5%,Mn:0.3-0.6%,Ca:0.3-0.4%，其余為 Mg 和不可避免的雜質元素。
[0010]優(yōu)選的，合金各組分及其重量百分比為:Zn:9.0-10.0 %，Al:3.0-5.0Sn:3.0-5.0%,Cu:0.5-1.0%,Mn:0.6-0.8%,Ca:0.4-0.5%，其余為 Mg 和不可避免的雜質元素。
[0011]優(yōu)選的，所述的高強度鑄造鎂合金，錳以鎂錳中間合金的形式加入，鈣以鎂鈣中間合金的形式加入，鋅、鋁、錫和銅以純鋅、純鋁、純錫、純銅的形式加入。
[0012]優(yōu)選的，所述的高強度鑄造鎂合金，在室溫拉伸測試下，合金抗拉強度彡320MPa，屈服強度彡220MPa。
[0013]本發(fā)明還提供了上述的高強度鑄造鎂合金的制備方法，包括如下步驟:
[0014](1)先將純鎂在150-200°C預熱20-30分鐘，并烘干；
[0015](2)將純鎂在氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向熔體中加入鋅、鋁、錫、銅和錳，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C，在730-750 °C保溫20-30分鐘后降溫至680-730 °C ；
[0016](3)在氣體保護下進行鑄造成型。
[0017](4)將步驟(3)得到的合金在在330-380 °C固溶處理6-12小時，空冷，之后在150-220°C時效8-16小時，得到高強度鑄造鎂合金。
[0018]優(yōu)選的，所述的高強度鑄造鎂合金的制備方法，鑄造成型時，鑄造方法采用壓鑄、金屬型、砂型鑄造或者半連續(xù)鑄造。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]本發(fā)明提供一種制備工藝簡單、低成本、易于推廣使用的可以應用于汽車部件的高強度鑄造鎂合金合金及其制備方法。
[0021]1、所述的高強度鑄造鎂合金，在室溫拉伸測試下，合金抗拉強度達到320_350MPa，屈服強度達到220-260MPa。
[0022]2、所述的高強度鎂合金中Zn元素含量為8-12 %，Zn含量超過8 %后，對壓鑄、金屬型等冷速較高的鑄造工藝，合金的熱烈性能降低，達到可應用水平；在合金時效過程中Zn元素在鎂基體中會形成Mg-Zn強化相，具有顯著的時效強化效果，高含量的Zn確保了在時效過程中大量強化相的析出，對合金強度的提升具有重要作用。A1元素的加入可以對合金起到固溶強化的作用和提高合金熔體流動性的效果；合金中Sn元素具有晶粒細化、固溶強化及時效強化的作用，同時可以有效的降低合金由于高Zn含量帶來的熱烈性的影響；Cu元素可以在合金時效過程中形成GP區(qū)，增強合金時效強化的能力；Mn元素在合金熔體中與Fe元素形成沉淀相，提高合金耐蝕性能；Ca元素在合金熔煉和鑄造過程中可以有效的提高合金的燃點和耐氧化能力，減少組織中氧化夾雜物含量，提高合金純凈度，同時具有晶粒細化的作用。
[0023]3、本發(fā)明鎂合金的熱處理工藝:在330-380°C固溶處理4-8小時，空冷，之后在150-220°C時效8-16小時，得到高強度鑄造鎂合金。合金熱處理工藝簡單易于實現，時效處理可以在合金組織中形成大量的納米級別的強化相，可以顯著提高合金強度。
[0024]4、合金中不含有稀土等貴重金屬，為一種低成本適用性廣泛的合金體系。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例1中合金顯微組織照片；
[0026]圖2為實施例2中合金拉伸應力應變曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0028]實施例1:
[0029]合金成分(重量分數)為:8.0% Zn，3.0%A1,2.0% Sn,1.0% Cu，0.5%Mn,0.5%Ca,其余為Mg和不可避免的雜質元素。
[0030](1)先將純鎂、純鋅、純鋁、純錫和鎂錳中間合金在100_150°C預熱20-30分鐘，并烘干；
[0031](2)將純鎂在氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720 °C時，向熔體中加入純鋅、純鋁、純錫和鎂錳中間合金，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C保溫 20-30 分鐘，后降溫至 680_730°C ；
[0032](3)在氣體保護下將熔體平穩(wěn)澆注入金屬型鑄造成型，得到鑄錠。
[0033](4)將步驟(3)得到的合金在在360°C固溶處理12小時，空冷，之后在200°C時效16小時，得到高強度鑄造鎂合金。
[0034]得到的Mg-8Zn-3Al-2Sn-lCu-0.5Mn-0.5Ca 合金抗拉強度為 336.5MPa，屈服強度為 223.8MPa。
[0035]如圖1所示，從本實例制得的Mg-8Zn-3Al-2Sn-lCu-0.5Mn_0.5Ca合金鑄態(tài)顯微組織照片，