一種鑄造耐熱鎂合金的製作方法

2023-05-11 05:50:11

專利名稱：一種鑄造耐熱鎂合金的製作方法
技術領域：
一種鑄造耐熱鎂合金，涉及一種輕金屬材料，尤其是一種鑄造耐熱鎂合金材料。
背景技術：
鎂合金作為最輕的結構金屬材料，其比強度明顯高於鋁合金和鋼，比剛度雖然與鋁合金和鋼相當但遠高於工程塑料。目前汽車、軌道交通、航空工業等已成為鎂合金應用的最大領域，但一般鎂合金在溫度超過120℃時，其高溫強度及蠕變強度會大幅下降，這限制了鎂合金在汽車發動機、傳動部件(如變速箱殼體、汽缸體、汽缸蓋、進/排氣管)以及飛機發動機機匣等交通和航空航天領域上的應用，為此世界各國科研機構開展了大量的研究工作，研究開發耐熱鎂合金。
最早開發的較高耐熱性的鎂合金是Mg-Th系列，該系鎂合金的高溫蠕變性能良好，鍛件和鑄件的使用溫度可達到350℃，曾大量用在飛彈和飛機上，但因為Th具有放射性，所以現在已不用該系鎂合金。隨後開發了AE系(如AE42Mg-4Al-2.5RE)，WE系(如WE43Mg-4Y-2.25Nd-1Zr)，EZ系(如EZ33Mg-3RE-2.5Zn-0.6Zr)等稀土耐熱合金，這些稀土元素使鎂合金晶界擴散滲透性減小，相界的凝聚作用減慢，且形成的第二相熱穩定性較高，在整個高溫持續時間內對位錯運動起到了障礙作用。該類合金的特點是稀土含量較高，有較好的耐熱性，長期使用溫度在120℃以上，但澆鑄工藝難控制，製品穩定性低，且塑性較差，難於加工變形。此外還有AS系(如AS41；Mg-4Al-1Si)，具有成本低，塑性高，耐熱性能優於AZ91等一般鎂合金的優點，但由於鋁含量低，鑄造性能差，此外其強化相Mg2Si在凝固速度較慢的條件下會形成粗大的「漢字狀」，使合金的抗拉強度和屈服強度都較低。近幾年來，日本、美國的科研人員研究開發了部分含Ca的鎂合金，如美國的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al-0.6Ca)，日本的Mg-2Zn-0.8Ca-2Mn-0.5Zr等，據稱抗蠕變性能達到或超過AE42等稀土鎂合金，但隨著Ca元素的添加，合金晶粒粗化，熱裂性傾向增加。目前耐熱鎂合金的研究與開發仍然是鎂應用研究的一個重點。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在室溫和高溫條件下均具有良好力學性能、可以滿足汽車及航空航天領域對鎂合金的需求新型的鑄造耐熱鎂合金。
本發明採用以下技術方案。
一種鑄造耐熱鎂合金，其特徵在於其質量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；餘量為鎂和不可避免的雜質由於Mg與Gd之間的原子間結合力大，Gd在Mg中的固溶度可達23.5wt.％，Gd與Mg的原子半徑差接近固溶上限的15％，合金的固溶強化和時效強化效果明顯，時效析出的Mg5Gd相的熔點高、熱穩定性好；Gd含量在20％以上的Mg-Gd二元合金的強度高，但延伸率卻極低，由於Sc在合金中的低擴散性，且其原子半徑接近於鎂，是一種理想的合金元素，但是合金在時效過程中緩慢生成的MgSc沉澱，該相對提高機械性能的作用非常微弱，因為其界面不共格，所以Mn做為第三加入元素，Sc和Mn會生成穩定的中間金屬化合物，生成的Mn2Sc是共格的，可以對合金起到強化作用，提高鎂合金的抗蠕變性、硬度和強度。
本發明的合金的的製備方法是將鎂錠熔化後，升溫到800-830℃，在熔劑保護下加入中間合金Mg-Gd，Mg-Sc中間合金和MnCl2，待熔化後，攪拌靜置10-20分鐘，降溫到700-720℃進行澆鑄。
本發明提出的耐熱鎂合金以釓做為主要合金元素，可以與鎂生成鎂-釓強化相，該相高溫穩定性好，且釓可以以金屬釓或中間合金的形式加入，合金元素Mn也可以以中間合金或化學試劑的形式加入，操作方便易行，Sc雖然價格昂貴，但加入量超過0.3％即可起到強化效果，以中間合金的形式加入可以有效地降低合金的熔煉溫度和Sc的偏析。Sc與Mn生成共格的Mn2Sc可以有效地強化合金。
本發明提出的耐熱鎂合金在室溫條件下具有良好的力學性能，在200-300℃的條件下，合金的強度下降緩慢，具有良好的耐高溫性。
具體實施例方式
一種鑄造耐熱鎂合金，其質量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；餘量為鎂和不可避免的雜質以下通過具體實例對本發明的技術方案做進一步的說明。
實施例1耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd5％；Mn1.0％；Sc0.5％；餘量為鎂和鑄造過程中不可避免的雜質。合金經500℃，6小時保溫固溶，然後在250℃，12小時保溫時效後，其力學性能如下
25℃條件下，抗拉強度148.65Mpa，屈服強度101.12Mpa，延伸率6.44％200℃條件下，抗拉強度155.18Mpa，屈服強度110.05Mpa，延伸率12.43％250℃條件下，抗拉強度150.24Mpa，屈服強度108.2Mpa，延伸率12.95％300℃條件下，抗拉強度136.28Mpa，屈服強度96.95Mpa，延伸率13.68％實施例2耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd10％；Mn1％；Sc0.3％；餘量為鎂和鑄造過程中不可避免的雜質。合金經500℃，6小時保溫固溶，然後在250℃，16小時保溫時效後，其力學性能如下25℃條件下，抗拉強度210.78Mpa，屈服強度170.82Mpa，延伸率4.28％200℃條件下，抗拉強度228.08Mpa，屈服強度185.35Mpa，延伸率5.20％250℃條件下，抗拉強度211.34Mpa，屈服強度165.32Mpa，延伸率6.31％300℃條件下，抗拉強度186.23Mpa，屈服強度142.77Mpa，延伸率6.91％實施例3耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd7％；Mn1.0％；Sc0.8％；餘量為鎂和鑄造過程中不可避免的雜質。合金經500℃，6小時保溫固溶，然後在250℃，14小時保溫時效後，其力學性能如下25℃條件下，抗拉強度180.65Mpa，屈服強度150.82Mpa，延伸率5.28％200℃條件下，抗拉強度191.08Mpa，屈服強度156.35Mpa，延伸率6.18％250℃條件下，抗拉強度186.34Mpa，屈服強度147.32Mpa，延伸率6.81％300℃條件下，抗拉強度161.23Mpa，屈服強度122.77Mpa，延伸率7.11％
權利要求
1.一種鑄造耐熱鎂合金，其特徵在於其質量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；餘量為鎂和不可避免的雜質。
全文摘要
一種鑄造耐熱鎂合金，涉及一種輕金屬材料，尤其是一種鑄造耐熱鎂合金材料。其特徵在於其質量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；餘量為鎂。本發明的合金Gd為主要的合金元素，可以與鎂形成高溫穩定性良好的Mg－Gd化合物強化合金，Mn為Sc第三第四合金元素，在熱處理過程中可以形成Mn
文檔編號C22C23/06GK101058861SQ200710099819
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優先權日2007年5月31日
發明者姚素娟, 褚丙武, 梁冬梅 申請人:中國鋁業股份有限公司