CN104480361B

CN104480361B - 一种高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法

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Publication number: CN104480361B
Application number: CN201410686849.9A
Authority: CN
Inventors: 王峰; 孙士杰; 刘正; 毛萍莉; 王志
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104480361A

Abstract

本发明属于金属材料领域，为了改善现有商用压铸镁合金的强韧性较低及耐热性较差的问题，通过向AM60合金中加入金属Ca、Sn和Al，研制出一种高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法，镁合金的成分按质量百分比配制为：6.5~8.0%Al，0.95~1.1%Ca，0.45~0.8%Sn，0.2~0.4%Mn，Zn≤0.02%，杂质元素Si≤0.03%，其它杂质（Fe+Ni+Cu）≤0.01%，余量为Mg。本发明合金具有成本低、熔体处理简单、压铸成型性能良好、较高的强韧性及耐热性的优点，易于推广使用，特别适合于规模化商业生产，极具市场潜力。该合金的室温及高温力学性能指标均高于商品化的AZ91及AM60合金。

Description

一种高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法

技术领域

本发明主要是涉及一种高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，被广泛应用于汽车、航空和电子器材等领域。Mg-Al系合金是目前应用最为广泛的压铸镁合金，但其强韧性有限，而且Mg-Al系合金中主要强化相Mg₁₇Al₁₂相在使用温度超过120℃时易发生粗化和软化，无法钉扎晶界和阻碍位错的滑移，导致合金高温性能较差，在一定程度上限制了其应用范围。目前，在常用的Mg-Al系压铸合金中，AZ91镁合金虽然流动性和强度较好，但其塑性较差，伸长率仅为3%；而塑性较好的AM50或AM60合金的强度又较低；AE合金和AS系由于含有稀土和硅而具有较好的耐热性能，但其流动性较差且成本也较高，使其应用较少。因此，开发具有良好铸造性能和力学性能的压铸镁合金对扩大镁合金的应用具有重要的意义。

发明内容

发明目的：

本发明针对现有压铸AZ91、AM50及AM60镁合金力学性能的不足之处，特别是高温下的力学性能较差的情况，提供一种含Ca和Sn的高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法。通过在AM60合金的基础上，加入适量的金属Ca，Sn和Al，改善合金的性能，使之具有较好的室温强韧性和良好的耐热性能，以满足工业领域的需要。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高强韧耐热压铸镁合金，其特征在于：以工业用镁合金AM60铸锭为母合金，加入Ca、Sn和Al制成，其特征在于：该合金的化学组成按质量百分比为：6.5~8.0%Al，0.95~1.1%Ca，0.45~0.8%Sn，0.2~0.4%Mn，Zn≤0.02%，杂质元素Si≤0.03%，其它杂质（Fe+Ni+Cu）≤0.01%，余量为Mg。

一种如上所述高强韧耐热压铸镁合金的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：选用工业用镁合金AM60铸锭为母合金，将母合金锭预热至200~250℃，并在有SF₆和N₂的混配气体保护的熔炉中熔化，待母合金全部熔化后，将温度升至700℃，将纯Al，纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至710~720℃，静置20~30分钟，然后降温至690~700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

该合金室温抗拉强度为260~280MPa，屈服强度为170~185MPa，伸长率为9~11%，150℃温度下抗拉强度为180~200MPa，屈服强度为120~140MPa，伸长率为15~19%。

优点及效果：

本发明是一种高强韧耐热压铸镁合金及其制备方法，具有如下优点：

通过上述成分配比和制备工艺开发出的镁合金具有良好的室温强韧性和耐热性能，该合金室温抗拉强度为260~280MPa，屈服强度为170~185MPa，伸长率为9~11%，150℃温度下抗拉强度为180~200MPa，屈服强度为120~140MPa，伸长率为15~19%，其性能指标明显优于商用AZ91和AM60合金。

使用本发明方法制造的镁合金，具有较高的室温强韧性和耐高温性能，而且易于压铸成形。具体特点如下：

（1）通过向合金中加入适量的Ca、Sn元素来提高镁合金的强韧性。Ca元素具有阻燃作用，能够细化晶粒，并形成高熔点Al₂Ca强化相以提高合金的耐热性。添加Sn元素可以提高镁合金的流动性、降低镁合金的热裂敏感性，Sn与Mg可形成的颗粒状Mg₂Sn强化相，有助于提高合金的强韧性；此外，由于Sn元素是镁合金中典型的具有析出强化作用的元素，本发明的合金还可以通过热处理进一步改善合金的综合力学性能。

（2）金属Ca和Sn的成本低于稀土金属，更适合于工业生产。

（3）向合金中添加金属铝的目的：一是为了弥补由于添加Ca形成Al₂Ca而消耗的Al元素，二是增加合金中的Al含量能够提高合金的流动性，以利于压铸成形。

（4）母合金工业用AM60来源广泛，熔炼工艺成熟，通用性强，易于实现工业化生产。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

本发明涉及一种高强韧耐热压铸镁合金，以工业用镁合金AM60铸锭为母合金，加入Ca、Sn和Al制成，其特征在于：该合金的化学组成按质量百分比为：6.5~8.0%Al，0.95~1.1%Ca，0.45~0.8%Sn，0.2~0.4%Mn，Zn≤0.02%，杂质元素Si≤0.03%，其它杂质（Fe+Ni+Cu）≤0.01%，余量为Mg。

一种如上所述高强韧耐热压铸镁合金的制备方法，步骤如下：选用工业用镁合金AM60铸锭为母合金，将母合金锭预热至200~250℃，并在有SF₆和N₂的混配气体保护的熔炉中熔化，待母合金全部熔化后，将温度升至700℃，将纯Al，纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至710~720℃，静置20~30分钟，然后降温至690~700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

实施例 1

选用工业用镁合金AM60为母合金，将合金预热至200℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将纯Al、纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至710℃，静置30分钟，然后降温至700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

获得的铸件的成分如下表所示（质量百分比）：

Ca	Sn	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								0.95	0.65	6.52	0.32	0.014	0.026	0.009	余量

室温抗拉强度为260.8MPa，屈服强度为170.3MPa，伸长率为10.5%，150℃温度下抗拉强度为180.5MPa，屈服强度为121.3MPa，伸长率为17.8%。

实施例 2

选用工业用镁合金AM60为母合金，将合金预热至220℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将纯Al、纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至720℃，静置30分钟，然后降温至690℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

Ca	Sn	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								0.95	0.73	7.15	0.36	0.018	0.023	0.008	余量

室温抗拉强度为270.3MPa，屈服强度为179.6MPa，伸长率为10.1%，150℃温度下抗拉强度为192.7MPa，屈服强度为130.6MPa，伸长率为16.7%。

实施例 3

选用工业用镁合金AM60为母合金，将合金预热至250℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将纯Al、纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至720℃，静置20分钟，然后降温至700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

Ca	Sn	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								1.06	0.45	8.0	0.20	0.015	0.03	0.009	余量

室温抗拉强度为279.7MPa，屈服强度为184.8MPa，伸长率为9.3%，150℃温度下抗拉强度为199.8MPa，屈服强度为139.7MPa，伸长率为15.2%。

实施例 4

选用工业用镁合金AM60为母合金，将合金预热至230℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将纯Al、纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至715℃，静置20分钟，然后降温至695℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

获得的铸件的成分如下表所示（质量百分比）：

Ca	Sn	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								1.10	0.56	7.89	0.25	0.020	0.019	0.010	余量

室温抗拉强度为267.8MPa，屈服强度为178.3MPa，伸长率为10.9%，150℃温度下抗拉强度为188.5MPa，屈服强度为125.8MPa，伸长率为19.0%。

实施例 5

选用工业用镁合金AM60为母合金，将合金预热至250℃，并在SF₆和N₂的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将纯Al、纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至710℃，静置25分钟，然后降温至700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

获得的铸件的成分如下表所示（质量百分比）：

Ca	Sn	Al	Mn	Zn	Si	Fe+Ni+Cu	Mg
								0.97	0.80	6.50	0.40	0.016	0.020	0.007	余量

室温抗拉强度为276.8MPa，屈服强度为173.4MPa，伸长率为9.9%，150℃温度下抗拉强度为186.5MPa，屈服强度为135.8MPa，伸长率为16.3%。

结论：

为了改善现有商用压铸镁合金的强韧性较低及耐热性较差的问题，本发明通过向AM60合金中加入金属Ca、Sn和Al，制备出具有高强韧及高耐热性能的压铸镁合金。该合金具有成本低、熔体处理简单、压铸成型性能良好、较高的强韧性及耐热性的优点，易于推广使用，特别适合于规模化商业生产，极具市场潜力。该合金的室温及高温力学性能指标均高于商品化的AZ91及AM60合金。

Claims

1.一种高强韧耐热压铸镁合金，其特征在于：以工业用镁合金AM60铸锭为母合金，加入Ca、Sn和Al制成，其特征在于：该合金的化学组成按质量百分比为：6.5~8.0%Al，0.95~1.1%Ca，0.45~0.8%Sn，0.2~0.4%Mn，Zn≤0.02%，杂质元素Si≤0.03%，其它杂质（Fe+Ni+Cu）≤0.01%，余量为Mg。

2.一种如权利要求1所述高强韧耐热压铸镁合金的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：选用工业用镁合金AM60铸锭为母合金，将母合金锭预热至200~250℃，并在有SF₆和N₂的混配气体保护的熔炉中熔化，待母合金全部熔化后，将温度升至700℃，将纯Al，纯Ca和纯Sn预热后直接加入熔体中，经搅拌混合均匀，继续升温至710~720℃，静置20~30分钟，然后降温至690~700℃，扒去表面浮渣，进行压铸。

3.根据权利要求2所述的高强韧耐热压铸镁合金的制备方法，其特征在于：该合金室温抗拉强度为260~280MPa，屈服强度为170~185MPa，伸长率为9~11%，150℃温度下抗拉强度为180~200MPa，屈服强度为120~140MPa，伸长率为15~19%。