專利名稱：高強度鑄造鎂合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬型鑄造及壓鑄鎂合金件的新型材料，高強度鑄造鎂合金，特別是涉及Mg-Al-Zn三元體系高強度鑄造鎂合金及其制造方法。
背景技術(shù)：
鎂合金零件具有重量輕，比強度及比剛度高、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強，減振性優(yōu)良以及易于切削加工和回收再生等優(yōu)點，在各種機械上具有十分廣闊的應(yīng)用市場。特別是隨著對汽車、摩托車等行走機械的輕量化、節(jié)能、環(huán)保和生態(tài)環(huán)境等要求的日益提高，鎂合金在3C及汽車等交通工具上的應(yīng)用也越來越受到重視。其中，Mg-Al-Zn系鎂合金以其優(yōu)良的鑄造性能和低廉的制造成本現(xiàn)已成為鑄造鎂合金家族中的主力軍。但是，由于Mg-Al-Zn系鎂合金的機械強度不高，嚴重限制了該體系合金的應(yīng)用范圍。
目前國內(nèi)外現(xiàn)有的Mg-Al-Zn系高強度鎂合金，多采用快速凝固、熱處理、半固態(tài)處理等方法來制備，這些方法雖然能取得明顯的強化效果，但設(shè)備水平要求較高，工藝復(fù)雜，制造成本成倍提高，抹煞了Mg-Al-Zn系鎂合金成本低廉的優(yōu)勢，因此其推廣應(yīng)用受到限制。稀土元素以其對鎂合金良好的強化效果，多用于Mg-RE鎂合金的開發(fā)。然而，就Mg-Al-Zn系鎂合金而言，采用Ho元素合金化改性的方法開發(fā)新型高強度鑄造鎂合金的專利尚未見報道。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有鑄造鎂合金快速凝固、熱處理、半固態(tài)處理等方法的不足，鑄造鎂合金的強度提高不明顯的缺點，提供一種熔體處理簡單，成本低廉，強化效果明顯的高強度鑄造鎂合金及其制造方法。本發(fā)明的材料主要是作為航天航空領(lǐng)域零件、汽車等行走機械零件、電子設(shè)備殼體使用的輕質(zhì)鑄造鎂合金零件等。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的本項發(fā)明的技術(shù)路線是采用向AZ91合金中加入微量低熔點的Ho中間合金的方法，通過Ho對合金微觀組織的改變，以固溶強化、析出強化和細晶強化的方式提高AZ91鎂合金的常溫及高溫機械性能。該方法能夠與現(xiàn)有傳統(tǒng)鑄造工藝緊密結(jié)合，無需添加額外設(shè)備，具有熔體處理簡單，成本低廉，強化效果明顯的特點，克服了快速凝固、熱處理、半固態(tài)處理等方法的不足，使鑄造鎂合金的強度得到較大幅度的提高。
具體技術(shù)方案是一種高強度鑄造鎂合金，合金的成分按重量份數(shù)比為Al 8.0-9.0，Zn 0.45-0.90，Ho 0.01-3.0，剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。
用于高強度鑄造鎂合金的制造工藝，其特征在于按以下步驟進行(1)合金的配制
按照采用的成分計算各原料需要的重量份數(shù)，采用原料為AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7計算；純Al、Mg，其計算份數(shù)為1.05；稀土Ho以與輕金屬構(gòu)成中間合金的形式加入鎂合金，其計算份數(shù)為1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu和其它不純物質(zhì)應(yīng)符合ASTM B93/94中AZ91合金的相對應(yīng)的成分規(guī)定，其合金化元素含量為Ho 20，Mn 0.2；電解Zn，其計算份數(shù)為1.03。
(2)合金的熔煉將配置好的原料按以下順序加入將AZ91合金以及電解Zn，純Al、Mg加入電阻爐，升溫至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合氣體保護，其混合氣體比例為CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中間合金，靜止10-15分鐘，保持熔體溫度在700-720℃，吹入高純氬精煉5分鐘，如遇起燃，加少量RJ6阻燃，精煉完畢后，靜止10-5分鐘，溫度降至670℃扒渣，澆鑄成型。
采用上述工藝獲得的高強鑄造度鎂合金，其微觀組織采用ICP-AES、SEM和EDS對新型高強度鑄造AZ91-xHo鎂合金的成分及微觀結(jié)構(gòu)進行觀察分析。研究表明Ho在AZ91合金中以兩種形式存在1)固溶于α-Mg和β-Mg17Al12中；2)當Ho含量大于0.1wt％時，合金中生成了顆粒狀金屬間化合物(Al2Ho)。AZ91-xHo合金中不連續(xù)網(wǎng)狀分布的β相尺寸也變小，部分被?；?，并均勻分布在α晶界上，β相內(nèi)部的粒狀共晶逐步消失，共晶方式由不完全離異共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆x異共晶。分布在β相周圍的二次析出β相逐步消失。Ho改性鎂合金的合金相主要由初生α-Mg，完全離異共晶Mg-Mg17Al12及Al2Ho構(gòu)成。
常溫機械性能采用電子拉伸實驗機進行常溫拉伸實驗。試驗表明，隨著Ho含量的提高，合金的常溫抗拉強度逐步提高，當Ho含量達到2.0wt％左右時，強度達到最大值277.5Mpa，進一步增加Ho的含量，合金的抗拉強度反而下降。合金的延伸率與抗拉強度同步變化。通過對合金微觀結(jié)構(gòu)與成分的觀察和分析可知，Ho以固溶和Al2Ho金屬間化合物形式存在于合金中，起到了固溶強化和析出強化的作用。同時，Ho元素使AZ91合金中粗大的β相?；?，起到了細化晶粒的作用，增加了合金的抗拉強度和延伸率，可見AZ91合金中的Ho是通過析出強化、固溶強化和細晶強化的共同作用來提高合金的抗拉強度。但是，當Ho含量超過2.0wt％時，合金中Al2Ho金屬間化合物顆粒變大，破壞了合金的微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致合金的強度和塑性降低。
本發(fā)明具有以下效果采用向AZ91合金中加入微量低熔點的Ho中間合金的方法，通過Ho對合金微觀組織的改變，以固溶強化、析出強化和細晶強化的方式提高AZ91鎂合金的常溫及高溫機械性能。該方法能夠與現(xiàn)有傳統(tǒng)鑄造工藝緊密結(jié)合，無需添加額外設(shè)備，具有熔體處理簡單，成本低廉，強化效果明顯的特點，克服了快速凝固、熱處理、半固態(tài)處理等方法的不足，使鑄造鎂合金的強度得到較大幅度的提高。


圖1-1 AZ91合金鑄態(tài)組織。
圖1-2 AZ91-0.1Ho合金鑄態(tài)組織。
圖2新型高強度AZ91-xHo鎂合金拉伸試樣示意圖。
圖3-1 AZ91合金鑄態(tài)組織。
圖3-2 AZ91-2.0Ho合金鑄態(tài)組織。
具體實施例方式
實施例1一種新型高強度鑄造鎂合金的成分為(按重量份數(shù)比)Al 8.22，Zn 0.74，Ho 0.1，并且剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。
(1)合金的配制按照采用的成分計算各原料需要的重量份數(shù)，采用原料為AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7計算，純Al、Mg(計算份數(shù)的1.05)、Ho中間合金(計算份數(shù)的1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu和其它不純物質(zhì)應(yīng)符合ASTM B93/94中AZ91合金的相對應(yīng)的成分規(guī)定，其合金化元素含量為Ho 20，Mn 0.2)，電解Zn(計算份數(shù)的1.03)。
(2)合金熔煉將配置好的原料按以下順序加入將AZ91合金，電解Zn，純Al、Mg加入電阻爐，升溫至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合氣體保護，其混合氣體比例為CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中間合金，靜止10分鐘，保持熔體溫度在700-720℃，吹入高純氬精煉五分鐘。如遇起燃，加少量RJ6阻燃。精煉完畢后，靜止10min，溫度降至670℃扒渣，澆鑄成型。圖1顯示了Ho含量為0.1％的鎂合金微觀組織變化(3)機械性能測試采用電子拉伸實驗機分別對AZ91和AZ91-0.1Ho鎂合金進行常溫拉伸實驗，拉伸試樣如圖2所示。實驗結(jié)果顯示，AZ91合金的抗拉強度為171Mpa，延伸率為3.2％；含Ho合金的抗拉強度為228Mpa，延伸率為4.0％實施例2一種新型高強度鑄造鎂合金的成分為(按重量份數(shù)比)Al 8.15，Zn 0.75，Ho 2.0，并且剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。合金的配比和熔煉方式與實施例1相同。圖2顯示了Ho含量為2.0％的鎂合金合金微觀組織變化。合金拉伸性能測試與實例1相同，合金抗拉強度277.5Mpa，延伸率為5.8％。
實施例3一種新型高強度鑄造鎂合金的成分為(按重量份數(shù)比)Al 8.15，Zn 0.75，Ho 3.0，并且剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。合金的配比和熔煉方式與實施例1相同。合金拉伸性能測試與實例1相同，合金抗拉強度260.5Mpa，延伸率為4.9％。
權(quán)利要求
1.一種高強度鑄造鎂合金，其特征在于合金的成分按重量份數(shù)比為Al 8.0-9.0，Zn 0.45-0.90，Ho 0.01-3.0，剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。
2.用于高強度鑄造鎂合金的制造工藝，其特征在于按以下步驟進行(1)合金的配制按照采用的成分計算各原料需要的重量份數(shù)，采用原料為AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7計算；純Al、Mg，其計算份數(shù)為1.05；稀土Ho以與輕金屬構(gòu)成中間合金的形式加入鎂合金，其計算份數(shù)為1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu和其它不純物質(zhì)應(yīng)符合ASTM B93/94中AZ91合金的相對應(yīng)的成分規(guī)定，其合金化元素含量為Ho 20，Mn 0.2；電解Zn，其計算份數(shù)為1.03。(2)合金的熔煉將配置好的原料按以下順序加入將AZ91合金以及電解Zn，純Al、Mg加入電阻爐，升溫至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合氣體保護，其混合氣體比例為CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中間合金，靜止10-15分鐘，保持熔體溫度在700-720℃，吹入高純氬精煉5分鐘，如遇起燃，加少量RJ6阻燃，精煉完畢后，靜止10-5分鐘，溫度降至670℃扒渣，澆鑄成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Mg－Al－Zn三元體系的高強度鑄造鎂合金及其制造方法。采用向AZ91合金中加入微量低熔點的Ho中間合金的方法，通過Ho對合金微觀組織的改變，以固溶強化、析出強化和細晶強化的方式，獲得了具有優(yōu)良常溫及高溫機械性能的Mg－Al－Zn－xHo合金，其成分按重量份數(shù)比為Al 8.0－9.0，Zn 0.45－0.90，Ho 0.01－3.0，剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。該方法能夠與現(xiàn)有傳統(tǒng)鑄造工藝結(jié)合，無需添加額外設(shè)備，具有熔體處理簡單，成本低廉，強化效果明顯的特點，克服了快速凝固、熱處理、半固態(tài)處理等方法的不足，使鑄造鎂合金的強度得到較大幅度的提高。
文檔編號C22C1/02GK1888109SQ200610017038
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者劉耀輝, 宋雨來 申請人:吉林大學(xué)