Sm、Nd和Y複合增強鎂合金及其熔鑄工藝的製作方法

2023-06-03 05:48:06 1

專利名稱：Sm、Nd和Y複合增強鎂合金及其熔鑄工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是鎂基合金及其熔鑄的工藝。
背景技術：
隨著全球範圍內的能源緊缺以及各國政府對環境保護的日益重視，汽車(尤其是轎車)的輕量化已成為世界範圍內汽車工業發展的必然趨勢。鎂合金在汽車減重、性能改善和環保中的作用日益得到工業界重視。現有牌號的鎂合金力學性能差的弱點，限制了鎂合金的應用範圍。壓鑄成型方法是提高鎂合金力學性能的有效方法，但普通壓鑄成型件無法進行熱處理，力學性能提高幅度小。真空壓鑄件可進行熱處理，但需增加抽真空設備，模具製備成本高，使用範圍受到限制。半固態壓鑄成型件可進行後續的熱處理，從而進一步提高合金的力學性能。目前，半固態成型合金應用中的關鍵問題(I)以AZ91為代表，熱處理強化作用差，無法發揮半固態壓鑄成型後可熱處理強化的優勢。(2)以AM60為代表，半固態漿料的非枝晶組織粗大，平均顆粒直徑大於150 u m,不符合半固態成型對平均顆粒直徑要求小於IOOiim的條件。

發明內容
本發明的目的是提供一種Sm、Nd和Y複合增強鎂合金及其熔鑄工藝。本發明是Sm、Nd和Y複合增強鎂合金及其熔鑄工藝，Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金，按重量百分比計，其組分為Zn 6. 0 9. 0%, Al 2. 0 6. 0%, Sm 0. 3 I. 0%, Nd 0. I I. 0%,Y0. I I. 0%，雜質元素Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%，其餘為 Mg。Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金的熔鑄工藝，其步驟為
(1)將工業純鎂加入到刷過塗料的烘乾的坩堝中，在50(T510°C開始通入氬氣；
(2)待鎂完全熔化後，在680 700°C加入合金元素Zn，Al，Sm,Nd, Y ；
(3)待上述合金元素全部溶解後，進行攪拌，使其混合均勻；
(4)繼續升高溫度至71(T730°C，加入六氯乙烷，對合金液進行精煉5-10分鐘，升溫至75(T755°C後靜置2(T25分鐘，然後降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣後進行金屬型鑄造。本發明克服了目前常用於半固態壓鑄成型的鎂合金熱處理強化作用差及平均顆粒直徑大的問題，以6. 0-9.0% Zn及2. 0-6. 0 % Al作為基本成分，賦予合金以必要的強度與鑄造性能，加入0. 3-1. 0%Sm,以提高合金的熱處理強化作用，加入0. 1-1. 0%Nd及
0.1-1. 0%Y，一方面是為了利用稀土元素趨於晶界富集的特性細化晶粒，提高鑄態力學性能，另一方面是為了克服球狀非枝晶組織在半固態保溫製漿過程中的快速長大問題。與現有技術相比，本發明合金較不加入Sm、Nd和Y的Mg-Zn-Al合金微觀組織明顯細化。與Mg-7Zn-4Al 合金對比，加入 Sm、Nd和 Y後(Mg-7Zn-4Al-0. 5Sm_0. 3Nd-0. 6Y)晶粒尺寸由150um銳減為62um(金屬型鑄造)，合金的室溫抗拉強度220Mpa、屈服強度106MPa、延伸率為8%。在580°C保溫30分鐘，Mg-7Zn-4Al合金的非枝晶組織平均顆粒直徑為110 y m，Mg-7Zn-4Al-0. 5Sm-0. 3Nd_0. 6Y合金在580°C保溫30分鐘後水淬，其非枝晶組織平均顆粒直徑為56 u m。
具體實施例方式本發明是Sm、Nd和Y複合增強鎂合金及其熔鑄工藝，Sm, Nd和Y複合增強鎂基合金，按重量百分比計，其組分為Zn 6. 0 9. 0%, Al 2. 0 6. 0%, Sm 0. 3 I. 0%, Nd 0. I I. 0%,Y0. I I. 0%，雜質元素Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%，其餘為 Mg。Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金的熔鑄工藝，其步驟為
(1)將工業純鎂加入到刷過塗料的烘乾的坩堝中，在50(T510°C開始通入氬氣；
(2)待鎂完全熔化後，在680 700°C加入合金元素Zn，Al，Sm,Nd, Y ； (3)待上述合金元素全部溶解後，進行攪拌，使其混合均勻；
(4)繼續升高溫度至71(T730°C，加入六氯乙烷，對合金液進行精煉5-10分鐘，升溫至75(T755°C後靜置2(T25分鐘，然後降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣後進行金屬型鑄造。Zn是以工業純Zn的形式加入，Al是以工業純鋁的形式加入，Sm、Nd及Y是以鎂基中間合金的形式加入。實施例I :
Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金成分，按重量百分比計，其組分為9. 0%Zn、2. 0%A1、
I.0%Sm、0. l%Nd、0. 1%Y、雜質元素 Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%，其餘為 Mg。其熔鑄工藝的步驟為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂
8.4公斤，500°C開始通入氬氣，合金完全熔化後，在680°C先後加入工業純鋁0. 2Kg、工業純鋅 0. 9Kg，Mg-25%Sm 中間合金 0. 4Kg、Mg_20%Nd 中間合金 0. 05Kg,Mg-20%Y 中間合金 0. 05Kg待合金元素全部溶解後，用工具攪拌使其混合均勻繼續升高溫度至710°C，加入六氯乙烷0. 4Kg對合金液進行精煉10分鐘，精煉好的鎂液呈銀白色鏡面，鎂液不粘攪拌工具。然後升溫至750°C保溫靜置25分鐘，撈去表面浮渣後即可用澆包進行金屬型澆鑄。本發明合金的常溫抗拉強度和延伸率分別達到245MPa，7. 5%。使用此合金加工成
◎12mmX IOmm坯料，580°C保溫30分鐘後水淬，其非枝晶組織平均顆粒直徑為71 y m。實施例2
Sm,Nd和Y複合增強鎂基合金成分，按重量百分比計，其組分為7. 0% Zn,4. 0%A1、0. 6%Sm、0. 5%Nd、0. 5%Y，雜質元素 Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%，其餘為 Mg。其熔鑄工藝的步驟為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂
8.16公斤，505°C開始通入氬氣，合金完全熔化後，在690°C先後加入工業純鋁0. 4Kg、工業純鋅 0. 7Kg, Mg-25%Sm 中間合金 0. 24Kg、Mg-20%Nd 中間合金 0. 25Kg, Mg-20%Y 中間合金
0.25Kg待合金元素全部溶解後，用工具攪拌使其混合均勻繼續升高溫度至720°C，加入六氯乙烷0. 4Kg對合金液進行精煉8分鐘，精煉好的鎂液呈銀白色鏡面，鎂液不粘攪拌工具。然後升溫至750°C然後保溫靜置23分鐘，撈去表面浮渣後即可用澆包進行金屬型澆鑄。本發明合金的常溫抗拉強度和延伸率分別達到235MPa，8. 5%。使用此合金加工成
◎12mmX IOmm坯料，580°C保溫30分鐘後水淬，其非枝晶組織平均顆粒直徑為58 u m。實施例3:
Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金成分，按重量百分比計，其組分為6. 0%Zn、6. 0%A1、
0.3%Sm、I. 0%Nd、I. 0%Y,雜質元素 Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%,其餘為 Mg。
其熔鑄工藝的步驟為按照上述成分配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂
7.68公斤，510°C開始通入氬氣，合金完全熔化後，在70(TC先後加入工業純鋁0. 6Kg、工業純鋅 0. 6Kg, Mg-25%Sm 中間合金 0. 12Kg、Mg_20%Nd 中間合金 0. 5Kg, Mg-20%Y 中間合金 0. 5Kg待合金元素全部溶解後，用工具攪拌使其混合均勻繼續升高溫度至730°C，加入六氯乙烷
0.4Kg對合金液進行精煉5分鐘，精煉好的鎂液呈銀白色鏡面，鎂液不粘攪拌工具。然後升溫至755°C保溫靜置20分鐘，撈去表面浮渣後即可用澆包進行金屬型澆鑄。本發明合金的常溫抗拉強度和延伸率分別達到205MPa，7. 5%。使用此合金加工成
◎12mmX IOmm坯料，580°C保溫30分鐘後水淬，其非枝晶組織平均顆粒直徑為45 u m。權利要求
1.Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金，按重量百分比計，其組分為Zn 6. (T9. 0%，Al2. 0 6. 0%, Sm 0. 3 I. 0%, Nd 0. I I. 0%, Y0. I I. 0%,雜質元素Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%,Ni彡0. 002%，其餘為Mg。
2.Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金的熔鑄工藝，其步驟為 (1)將工業純鎂加入坩堝中，在50(T51(rC開始通入氬氣； (2)待鎂完全熔化後，在680 700°C加入合金元素Zn，Al，Sm,Nd, Y ； (3)待上述合金元素全部溶解後，進行攪拌，使其混合均勻； (4)繼續升高溫度至71(T730°C，加入六氯乙烷，對合金液進行精煉5-10分鐘，升溫至75(T755°C後靜置2(T25分鐘，然後降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣後進行金屬型鑄造。
3.根據權利要求2所述的Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金的熔鑄工藝，其特徵在於Zn以工業純Zn的形式加入，Al以工業純鋁的形式加入，Sm、Nd及Y以鎂基中間合金的形式加入。
全文摘要
Sm、Nd和Y複合增強鎂基合金及其熔鑄工藝，按重量百分比計，其合金的組分為Zn6.0~9.0%，Al2.0~6.0%，Sm0.3~1.0%，Nd0.1~1.0%，Y0.1~1.0%，其餘為Mg；熔鑄工藝的步驟為將工業純鎂加入坩堝中，500℃-510℃開始通入氬氣，鎂完全熔化後，680℃～700℃加入合金元素Zn，Al，Sm，Nd，Y，待合金元素全部溶解後，用工具攪拌使其混合均勻繼續升高溫度至710℃-730℃，加入六氯乙烷對合金液進行精煉5-10分鐘，升溫至750℃-755℃後靜置20-25分鐘，然後降溫至澆注溫度，撈去表面浮渣後進行金屬型鑄造。
文檔編號C22C23/04GK102747260SQ201210237190
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者馮凱, 郝遠, 閻峰雲, 馬穎, 黃曉鋒 申請人:蘭州理工大學