CN108220731B - 一种多元耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多元耐热镁合金及其制备方法。该多元耐热镁合金由以下重量百分比的组分组成:Sm 5.5%‑6.5%,Sn 3.5%‑5%,Zn 2.5%‑4%,V 0.5%‑1.0%,余量为Mg和不可避免的杂质。本发明提供的多元耐热镁合金中,Sm赋予合金良好的时效析出强化和固溶强化效果;Sn在镁合金中能够形成高熔点的Mg2Sn金属间化合物,具有弥散强化效果;Zn能够改善表面膜的性能;V的加入能够使得镁合金的显微组织得到明显细化,能够起到细晶强化的效果;以上各合金元素在上述配比内,相互支持、协同作用,显著提高了镁合金的室温和高温力学性能,改善了镁合金的塑性,拓宽了镁合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于镁合金领域,具体涉及一种多元耐热镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金密度小、比强度和比刚度高,在导热和导电、阻尼减震和电磁屏蔽、产品尺寸稳定性等方面性能优良,并且易加工成型及回收,目前在汽车、电子及航空航天等领域的应用日益增多,被誉为“21世纪绿色工程金属”。目前商用镁合金基本上可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。
在铸造镁合金中,AZ系由于具有低廉的价格和良好的铸造工艺而应用最为广泛,主要有AZ91系列和AM60/50系列,但是这两种合金的耐热性能都较差,当环境温度超过120℃后,镁合金的强度会陡然下降,限制了其在许多工业设备和产品上的应用。开发在高温环境下具有良好力学性能的耐热镁合金,对于扩大镁合金的应用范围和领域具有重要意义。
授权公告号为CN101871068B的专利公开了一种含锡和铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法,该镁合金由以下重量百分比的组分组成:Sn 4-6%,Al3-5%,剩余为Mg和不可避免的杂质。该镁合金虽具有一定的强度和塑性,但室温和高温力学性能较差,在实际应用时受限较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多元耐热镁合金,从而解决现有镁合金的室温和高温力学性能较差的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述多元耐热镁合金的制备方法。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种多元耐热镁合金,由以下重量百分比的组分组成:Sm 5.5%-6.5%,Sn3.5%-5%,Zn 2.5%-4%,V 0.5%-1.0%,余量为Mg和不可避免的杂质。
本发明提供的多元耐热镁合金,由Sm、Sn、Zn、V、Mg按一定配比组成,稀土元素Sm在镁合金中的固溶度较大,同时可以在镁合金中形成高熔点的金属间化合物,赋予合金良好的时效析出强化和固溶强化效果;Sn在镁合金中能够形成高熔点的Mg2Sn金属间化合物,具有弥散强化效果,并能够与稀土元素Sm协同,使合金元素的固溶强化和析出强化效果更加突出;Zn能够改善表面膜的性能并提高有害杂质Fe、Ni、Cu等在合金中的允许浓度,有利于镁合金塑性和室温强度的提升;V在镁中的溶解度极小,钒的加入能够使得镁合金的显微组织得到明显细化,起到细晶强化的效果;以上各合金元素在上述配比内,相互支持、协同作用,显著提高了镁合金的室温和高温力学性能,改善了镁合金的塑性,拓宽了镁合金的应用范围。
本发明的多元耐热镁合金的制备方法所采用的技术方案是:
一种多元耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)将镁合金原料熔炼后,浇注成型,得到铸态合金;
2)将铸态合金依次进行固溶处理和时效处理,即得。
步骤1)中,所述镁合金原料为金属镁、金属锌、金属锡、Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金。熔炼前,将镁合金原料进行预热。优选的,所述预热是在200-220℃保温2-3h。
所述熔炼包括先将金属镁、金属铝、金属锡在保护气氛下熔化,然后加入Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金熔化,在730-740℃混合均匀后,降温至690-700℃,静置。采用该熔炼工序可极大程度避免合金元素的烧损,降低合金液中的杂质含量,从而有利于进一步优化镁合金的性能。
优选的,所述保护气氛为CO2和SF6组成的混合气体。进一步优选的,CO2和SF6的体积比为99:1。利用CO2和SF6混合气体保护熔炼大大减少由于熔剂熔炼而带来的夹渣缺陷,提高镁合金的性能;SF6是一种无毒、无味的气体,对人体不会直接造成危害;CO2和SF6混合气体保护熔炼时SF6气体用量较少,熔炼成本较低。
优选的,Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金熔化时的温度为690-710℃。在690-710℃保温的时间为8-12min。Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金熔化后,去除表面浮渣。所述静置的时间为10-12min。
优选的,对浇注成型所使用的模具进行预热,预热的温度为200-250℃。
步骤2)中,所述固溶处理是在500-510℃下保温10-14h。固溶处理后使用热水淬火至室温,热水的温度为90-100℃。所述固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行。
所述时效处理是在200-230℃下保温13-15h。时效处理后空冷至室温。Sn在共晶温度561℃时的固溶度为14.6%,而在200℃时的固溶度仅仅为0.45%,针对本发明的镁合金中Sn的配比组成,优选采用该固溶处理和时效处理方法,可进一步提高合金元素的固溶强化和析出强化效果,从而提高镁合金的室温和高温力学性能。
采用上述优选工艺制备的多元耐热镁合金,与现有铸造镁铝系合金相比,具有优异的室温和高温力学性能,显著提高了镁合金的强度和塑性。该镁合金的制备方法,合金熔炼及热处理工艺简单,所得镁合金显微组织均匀,析出相分布均匀弥散,各项综合性能优异,显著拓宽了镁合金的应用范围和领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例1
本实施例的多元耐热镁合金,由以下重量百分比的组分组成:Sm 5.5%,Sn5%,Zn4%,V 0.9%,余量为Mg和不可避免的杂质。
本实施例的多元耐热镁合金的制备方法,采用以下步骤:
1)按配比取纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,置于200℃的干燥箱中干燥预热2h;
2)将预热后的纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒在CO2、SF6组成的混合气体(体积比为99:1)保护下熔化,加热至700℃时添加Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,保温8min,待合金全部熔化后去除表面浮渣,继续升温至730℃后搅拌均匀,然后降温至700℃,静置11min,得到合金液;将合金液浇注到经过预热的金属模具(预热温度为200℃)中,得到铸态合金;
3)将铸态合金依次进行固溶处理、时效处理,固溶处理的温度为500℃,处理时间为10h,热水淬火至室温,热水的温度为90℃,固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行以防止氧化燃烧;时效处理的温度为200℃,处理时间为13h,空冷至室温。
实施例2
本实施例的多元耐热镁合金,由以下重量百分比的组分组成:Sm 6%,Sn 3.5%,Zn 3%,V 1.0%,余量为Mg和不可避免的杂质。
本实施例的多元耐热镁合金的制备方法,采用以下步骤:
1)按配比取纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,置于200℃的干燥箱中干燥预热2.5h;
2)将预热后的纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒在CO2、SF6组成的混合气体(体积比为99:1)保护下熔化,加热至690℃时添加Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,保温12min,待合金全部熔化后去除表面浮渣,继续升温至740℃后搅拌均匀,然后降温至700℃,静置11min,得到合金液;将合金液浇注到经过预热的金属模具(预热温度为250℃)中,得到铸态合金;
3)将铸态合金依次进行固溶处理、时效处理,固溶处理的温度为500℃,处理时间为11h,热水淬火至室温,热水的温度为100℃,固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行以防止氧化燃烧;时效处理的温度为200℃,处理时间为14h,空冷至室温。
实施例3
本实施例的多元耐热镁合金,由以下重量百分比的组分组成:Sm 6%,Sn 4%,Zn4%,V 0.5%,余量为Mg和不可避免的杂质。
本实施例的多元耐热镁合金的制备方法,采用以下步骤:
1)按配比取纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,置于210℃的干燥箱中干燥预热2.5h;
2)将预热后的纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒在CO2、SF6组成的混合气体(体积比为99:1)保护下熔化,加热至710℃时添加Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,保温10min,待合金全部熔化后去除表面浮渣,继续升温至730℃后搅拌均匀,然后降温至690℃,静置10min,得到合金液;将合金液浇注到经过预热的金属模具(预热温度为230℃)中,得到铸态合金;
3)将铸态合金依次进行固溶处理、时效处理,固溶处理的温度为510℃,处理时间为13h,热水淬火至室温,热水的温度为90℃,固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行以防止氧化燃烧;时效处理的温度为220℃,处理时间为15h,空冷至室温。
实施例4
本实施例的多元耐热镁合金,由以下重量百分比的组分组成:Sm 6.5%,Sn 5%,Zn 2.5%,V 0.8%,余量为Mg和不可避免的杂质。
本实施例的多元耐热镁合金的制备方法,采用以下步骤:
1)按配比取纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,置于220℃的干燥箱中干燥预热3h;
2)将预热后的纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒在CO2、SF6组成的混合气体(体积比为99:1)保护下熔化,加热至710℃时添加Mg-Sm中间合金和Mg-V中间合金,保温9min,待合金全部熔化后去除表面浮渣,继续升温至740℃后搅拌均匀,然后降温至690℃,静置12min,得到合金液;将合金液浇注到经过预热的金属模具(预热温度为220℃)中,得到铸态合金;
3)将铸态合金依次进行固溶处理、时效处理,固溶处理的温度为505℃,处理时间为14h,热水淬火至室温,热水的温度为100℃,固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行以防止氧化燃烧;时效处理的温度为230℃,处理时间为15h,空冷至室温。
试验例
本试验例检测各实施例的多元耐热镁合金的室温力学性能和在200℃的高温力学性能,具体检测方法为:依照国家标准GB6397—86《金属拉伸实验试样》进行加工测试,测试设备为(SHIMADZU)AG-I 250kN精密万能实验机拉伸机,拉伸速度为1mm/min。结果如表1所述。
表1实施例1-4的多元耐热镁合金的力学性能
由表1的结果可以看出,实施例1-4的镁合金在室温下的抗拉强度达到265-276MPa,屈服强度达到197-211MPa,伸长率达到9.9%-11.4%;200℃的抗拉强度达到209-218MPa,屈服强度达到168-175MPa,伸长率达到14.9%-15.8%。以上结果表明,本发明的镁合金在室温~200℃的范围内具有高的抗拉强度和屈服强度,而且合金的塑性良好,综合性能优异。
Claims (5)
1.一种多元耐热镁合金,其特征在于,由以下重量百分比的组分组成:Sm 5.5%-6.5%,Sn 3.5%-5%,Zn 2.5%-4%,V 0.5%-1.0%,余量为Mg和不可避免的杂质;
所述多元耐热镁合金的制备方法,包括以下步骤:
1)将镁合金原料熔炼后,浇注成型,得到铸态合金;
2)将铸态合金依次进行固溶处理和时效处理,即得;
所述固溶处理是在500-510℃下保温10-14h;所述时效处理是在200-230℃下保温13-15h。
2.一种如权利要求1所述的多元耐热镁合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将镁合金原料熔炼后,浇注成型,得到铸态合金;
2)将铸态合金依次进行固溶处理和时效处理,即得;
步骤2)中,所述固溶处理是在500-510℃下保温10-14h;所述时效处理是在200-230℃下保温13-15h。
3.如权利要求2所述的多元耐热镁合金的制备方法,其特征在于,固溶处理后使用热水淬火至室温,热水的温度为90-100℃。
4.如权利要求2所述的多元耐热镁合金的制备方法,其特征在于,所述固溶处理在氧化镁粉末的覆盖下进行。
5.如权利要求2所述的多元耐热镁合金的制备方法,其特征在于,时效处理后空冷至室温。
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