CN101158003A - 一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents
一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法 Download PDFInfo
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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
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 (3)
1.一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金,其特征在于: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。
2.制备权利要求1所述耐热镁合金的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
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。
3.根据权利要求2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。
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