CN101985715A - 高性能铸造镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

高性能铸造镁合金及其制备方法，镁合金组分及质量百分比：Zn8%，Al6%，Cu1%~5%，Ca1%~5%，Mn1.5%，Si1%，余量Mg。方法：按上述百分比配料；用铁坩埚在电阻炉中熔炼Mg，再加入Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，温度720℃~770℃，用N2和SF6混合作为保护气体，将得到的液态金属在710℃~750℃浇注；所得产物在380℃~420℃固溶3~6小时，再在170℃~190℃时效10~20小时。得到高性能铸造镁合金，抗拉强度≥320MPa、延伸率≥4%，具有良好的综合力学性能，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。

Description

高性能铸造镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种高性能铸造镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度和较低的刚性等优点。随着随着科学技术的不断进步，节能降耗要求的提高及对环保的日益重视，尤其从2001年家电再循环法实施以来，具有优越再循环特性的镁合金在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来镁合金产量在全球的年增长率高达20%，显示出了极大的应用前景。
自20世纪70年代发生能源危机以来，世界汽车制造业受节能与环保这两个因素的促进，汽车设计专家们想方设法减轻汽车重量，以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。减轻重量就意味着减少燃料消耗并减少了污染环境排放物的产生，因此镁成为汽车“轻量化”最具吸引力的结构材料之一。由于强度低，用于汽车等零部件的镁合金不得不增大壁厚，因此提高镁合金的强度使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点之一。
在高强度镁合金的研究中，镁合金主要通过合金元素产生的固溶强化、细晶强化和弥散强化等作用来提高镁合金的性能。镁合金的主要合金元素有Al，Zn，Mn，Zr及稀土元素等。当然，目前存在一些高性能的镁合金，大都以重稀土或稀有金属为主要添加元素，价格昂贵，只能应用在军工或航空航天上。因此，当前高强度镁合金的开发应兼顾高性能和降低成本两个方面的因素。
在现有应用中，铸造镁合金的占有量达到90%，并且在工装和模具的设计上，可以采用铝合金成熟的设计经验，甚至可以达到互换的程度。因此，开发低成本高强度铸造镁合金，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明提供一种高性能铸造镁合金及其制备方法，其目的是制备出抗拉强度≥320MPa、延伸率≥4%的高性能铸造镁合金。
本发明是通过以下技术方案实施的：
高性能铸造镁合金，其特征在于：镁合金中的组分及质量百分比为：Zn 8%，Al  6%，Cu  1%~5%，Ca  1%~5%，Mn  1.5%，Si  1%，余量为Mg。
镁合金的抗拉强度≥320MPa。
镁合金的延伸率≥4%。
高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质量百分比Zn  8%、Al  6%、Cu  1%~5%、Ca  1%~5%、Mn  1.5%、Si  1%、余量为Mg的比例配料；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，控制熔炼温度720℃~770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，得到液态金属；
（3）浇铸：将液态金属在710℃~750℃浇注，得到铸件；
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃~420℃条件下固溶3~6小时后，再在170℃~190℃条件下时效10~20小时，得到高性能铸造镁合金。
金属Ca采用多孔钟罩压入。
浇注时，在正常铸造工艺下，模型采用金属型或砂型。
本发明方法制备的高性能铸造镁合金，抗拉强度≥320MPa、延伸率≥4%，具有良好的综合力学性能，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。
附图说明：
图1为线切割的拉伸样品尺寸；
图2为实施例1制备的Mg8Zn6Al3Cu3Ca1.5Mn1Si镁合金的应力-应变曲线。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 3%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg。
制备方法如下。
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 3%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度750℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2  95%，SF6  5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在730℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在400℃条件下固溶4小时后，再在180℃温度条件下时效15小时，得到高性能铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg8Zn6Al3Cu3Ca1.5Mn1Si）抗拉强度为380MPa，延伸率为4.6%。
镁合金（Mg8Zn6Al3Cu3Ca1.5Mn1Si）的应力-应变曲线图如图2所示。
拉伸样品采用线切割取样，样品尺寸如图1所示，其中L1=40，     L2=20，L3=12，L4=3，R1=4.5，φ1=φ2=3。
实施例2：
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 5%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 5%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%，SF65%；得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在750℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在420℃条件下固溶3小时后，再在190℃温度条件下时效14小时，得到高性能铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg8Zn6Al3Cu5Ca1.5Mn1Si）抗拉强度为370MPa，延伸率为4.7%。
实施例3：
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Zn 8%、Al 6%、Cu 1%、Ca 5%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 1%、Ca 5%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度720℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%，SF65%；得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在710℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃条件下固溶6小时后，再在170℃温度条件下时效18小时，得到高性能铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg8Zn6Al1Cu5Ca1.5Mn1Si）抗拉强度为390MPa，延伸率为5%。
实施例4：
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 1%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照上述的化学成分配料，即按质量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 1%、Mn 1.5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度750℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%，SF65%；得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在730℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在400℃条件下固溶5小时后，再在180℃温度条件下时效13小时，得到高性能铸造镁合金。
制得的镁合金（Mg8Zn6Al3Cu1Ca1.5Mn1Si）抗拉强度为330MPa，延伸率为6.5%。

Claims (6)

1.高性能铸造镁合金，其特征在于：镁合金中的组分及质量百分比为：Zn 8%，Al  6%，Cu  1%~5%，Ca  1%~5%，Mn  1.5%，Si  1%，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述高性能铸造镁合金，其特征在于：镁合金的抗拉强度≥320MPa。
3.根据权利要求1所述高性能铸造镁合金，其特征在于：镁合金的延伸率≥4%。
4.如权利要求1所述高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质量百分比Zn  8%、Al  6%、Cu  1%~5%、Ca  1%~5%、Mn  1.5%、Si  1%、余量为Mg的比例配料；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，控制熔炼温度720℃~770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，得到液态金属；
（3）浇铸：将液态金属在710℃~750℃浇注，得到铸件；
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃~420℃条件下固溶3~6小时后，再在170℃~190℃条件下时效10~20小时，得到高性能铸造镁合金。
5.根据权利要求4所述高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于：金属Ca采用多孔钟罩压入。
6.根据权利要求4所述高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于：浇注时，在正常铸造工艺下，模型采用金属型或砂型。
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