CN100532604C

CN100532604C - 一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN100532604C
Application number: CNB2007101774669A
Authority: CN
Inventors: 杜文博; 吴玉锋; 王朝辉; 左铁镛
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: CN101158003A

Abstract

一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法属于合金领域。本发明的合金其组分和质量百分比为：Al：5.5-6.5%，Sr：1.5-2.5%，Nd：1.5-2.5%，杂质元素Si≤0.02%，Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，其余为Mg。本发明的制备工艺为：先将各种合金锭和镁合金熔炼覆盖剂预热，设定坩埚加热温度后开始加热，先将坩埚内加入一定量的镁合金熔炼覆盖剂，并加入镁锭和铝锭，合金液升至一定温度后依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，经搅拌，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂后浇铸于水冷金属模中。本发明获得的合金在175℃温度条件下，抗拉强度为不低于160MPa，伸长率不低于6.0%；在蠕变温度为175℃，应力为70MPa条件下的100小时总蠕变量不大于0.2%。

Description

一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金的成分设计及其制备方法，属于耐热镁合金材料领域。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优良的铸造性能和机械加工性能，被誉为“21世纪的绿色结构材料”，有着广泛的应用前景。但是常用的普通牌号的镁合金，例如AZ91，由于其主要强化相Mg₁₇Al₁₂熔点仅为438℃，在高于100℃环境使用时强化相易软化，从而导致合金高温强度下降，限制了其应用范围。

近年来复合添加碱土元素和稀土元素制备耐热镁合金也有报导，但到目前为止，在Mg-Al合金系种复合添加碱土元素Sr和稀土元素Nd，并采用水冷模快速冷却方式制备耐热镁合金方面还未见先例。

本发明针对现有技术的上述不足，提出一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金的成分设计及其制备工艺。研究表明稀土元素Nd和碱土元素Sr均可单独作为有效的合金元素添加到Mg-Al系合金中，形成Al-Nd、Al-Sr等高温强化相从而提高基体合金的耐热性能。

本发明所获得的Nd和Sr复合强化Mg-Al合金，具有较高的高温强度和抗蠕变性能，可以作为汽车发动机及传动***零部件的结构材料，也可使用在需要较高服役温度下的其他结构零件材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高温耐热性能良好的Nd和Sr复合强化的耐热镁合金及其制备工艺。

本发明的合金成分配方(质量百分比)：

Al：5.5-6.5％，Sr：1.5-2.5％，Nd：1.5-2.5％，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

本合金的熔炼铸造工艺为：

1)将镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金、Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中预热至140～160℃；

2)将坩埚电阻炉设定加热温度定为780℃，当坩埚温度升至200～250℃时，在坩埚中撒入镁合金熔炼覆盖剂，覆盖剂用量与合金总质量比为1/200～1/50，并加入镁锭和铝锭；

3)待合金熔液温度升至750～780℃时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌2～5分钟，搅拌完成后保温30分钟；

4)将合金熔液温度调整至710～730℃，静置3～5分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注水冷金属模中。

所述的镁合金熔炼覆盖剂其组成(质量百分比)为：55～65％KCl，10～15％LiCl和25～30％CaCl₂。该覆盖剂最终不存在于目标合金当中。

本发明的关键是将合金的成分设计与制备方法紧密结合，充分发挥稀土元素Nd和碱土元素Sr对合金组织和性能的双重影响作用，使获得的合金高温性能有较大幅度的改善。

附图说明

图1：实施例1合金的显微组织照片

图2：实施例1合金在175℃/70MPa条件下的蠕变曲线，及其与Mg-6Al-2Sr合金蠕变曲线的对比。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明。

以商业高纯镁(≥99.99％)、纯铝(≥99.99％)为原料，Nd元素和Sr元素分别以Mg-20％Nd中间合金和纯Sr元素的形式加入。

实施例1

合金成分(质量百分比)：Al：5.8％，Sr：2.2％，Nd：2.1％，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中预热至140℃，将坩埚电阻炉设定加热温度定为780℃，当坩埚温度升至200℃时，在坩埚中撒入占合金总质量1/50的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。待合金熔液温度升至750℃时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌5分钟，搅拌完成后保温30分钟。将合金熔液温度调整至720℃，静置5分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注于水冷金属模中。

本发明的合金在175℃温度条件下，抗拉强度为166MPa，伸长率为7.5％；在蠕变温度为175℃，应力70MPa条件下的100小时总蠕变量为0.12％。

实施例2

合金成分(质量百分比)：Al：6.3％，Sr：1.8％，Nd：2.3％，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中预热至160℃，将坩埚电阻炉设定加热温度定为780℃，当坩埚温度升至250℃时，在坩埚中撒入占合金总质量1/150的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。待合金熔液温度升至780℃时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌2分钟，搅拌完成后保温30分钟。将合金熔液温度调整至730℃，静置3分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注于水冷金属模中。

本发明的合金在175℃温度条件下，抗拉强度为164MPa，伸长率为7.0％；在蠕变温度为175℃，应力70MPa条件下的100小时总蠕变量为0.15％。

实施例3

合金成分(质量百分比)：Al：5.7％，Sr：2.3％，Nd：1.7％，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中预热至160℃，将坩埚电阻炉设定加热温度定为780℃，当坩埚温度升至200℃时，在坩埚中撒入占合金总质量1/200的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。待合金熔液温度升至750℃时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌5分钟，搅拌完成后保温20分钟。将合金熔液温度调整至710℃，静置5分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注于水冷金属模中。

本发明的合金在175℃温度条件下，抗拉强度为161MPa，伸长率为6.8％；在蠕变温度为175℃，应力70MPa条件下的100小时总蠕变量为0.17％。

Claims

1、一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金的制备方法，该耐热镁合金按重量百分比计，Al含量为5.5-6.5％，Sr含量为1.5-2.5％，Nd含量为1.5-2.5％，杂质元素Si含量不大于0.02％，Fe含量不大于0.005％，Cu含量不大于0.015％，Ni含量不大于0.002％，其余为Mg；其特征在于，具体步骤如下：

3)待合金熔液温度升至750～780℃时，依次加入Mg-Nd中间合金和Sr锭，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌2～5分钟，搅拌完成后保温30分钟；

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的镁合金熔炼覆盖剂的质量百分比组成为：55～65％KCl，10～15％LiCl和25～30％CaCl₂。