專利名稱：一種耐熱鑄造鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輕合金制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鎂合金材料。
背景技術(shù)：
鎂合金具有高比強度、比剛度，良好的阻尼減震性、易切屑加工性和可回收性等特點，在汽車工業(yè)、電子工業(yè)及航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被譽為21世紀最輕的綠色結(jié)構(gòu)材料。然而鎂合金的高溫性能差、蠕變強度低等限制了鎂合金的應(yīng)用，例如要求工作在較高溫度，防止油的滲漏并具有優(yōu)良的抗高溫蠕變性能的發(fā)動機引擎蓋和汽車變速箱等零部件都要求鎂合金的耐熱性能好。目前，常用的壓鑄鎂合金主要為Mg-Al-Zn系(如AZ91)和Mg-Al-Mn系(如AM60)鎂合金。上述兩類合金在室溫下具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，然而在120°C 150°C時，合金中的主要強化相β-Mg17Al12開始軟化，不能有效釘扎晶界，阻礙位錯滑移，導(dǎo)致合金高溫強度低，抗蠕變性能差，其零件不適合在120°C以上工作。為此，德國大眾汽車公司開發(fā)了一種用于汽車工業(yè)的Mg-Al-Si (AS)系鑄造鎂合金，由于Al的質(zhì)量百分比含量較少和Si的加入，減少了 P-Mg17Al12相的體積分數(shù)，并形成了熔點和硬度都很高的Mg2Si相，提高了合金 的高溫強度。175°C時，AS41合金的抗拉強度達115MPa，伸長率為21%，要明顯高于AZ91和AM60合金。但是，AS41合金熔體在較緩慢的冷卻過程中，極易形成粗大的漢字狀Mg2Si相，從而降低了合金的力學(xué)性能。因此，細化合金中的強化相，提高其熱穩(wěn)定性是改善鎂合金耐熱性能的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是針對上述AS41鑄造鎂合金現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種復(fù)合添加Ca和稀土 Yb的新型耐熱鑄造鎂合金。通過在AS41鎂合金基礎(chǔ)上，復(fù)合添加合金元素Ca和稀土 Yb，提高β -Mg17Al12強化相的熱穩(wěn)定性，細化粗大的漢字狀Mg2Si相，從而顯著提高合金的高溫力學(xué)性能，以進一步拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種耐熱鑄造鎂合金，其由以下重量百分比的成分組成2. 5% 5. 5% 的 Al ；O. 5% 2. 0% 的 Si ；O. 1% O. 6% 的 Mn ；O. 5% 2. 0% 的 Ca ；O. 5% 4. 0% 的 Yb ; 限制雜質(zhì)元素不大于O. 03% ；余量為Mg。其中，雜質(zhì)元素中，F(xiàn)e( O. 005%, Cu ( O. 015%, Ni ( O. 002%。優(yōu)選的，所述耐熱鑄造鎂合金由以下重量百分比的成分組成5. 3%的Al，1. 2% 的 Si，
O. 3% 的 Mn，1.0% 的 Ca，2. 2% 的 Yb，限制雜質(zhì)元素Fe( O. 005%, Cu ( O. 015%, Ni ( O. 002%,其余為Mg。進一步地，本發(fā)明提供了一種制備耐熱鑄造鎂合金的方法，其包括以下步驟(I)按比例準備各合金組分Al、S1、Mn、Ca、稀土 Yb和Mg ；(2)將各組分合金在70(T740°C熔煉，保溫15 30min，得耐熱鑄造鎂合金。其中，步驟(2)的具體步驟為將計量好的純Mg錠、純Al錠和Al-40Si_10Mn中間合金錠(質(zhì)量百分數(shù))加熱至70(T740°C熔化，然后加入Mg-15Ca (質(zhì)量百分數(shù))和Mg_30Yb(質(zhì)量百分數(shù))合金材料，全部溶化后攪拌5 8min，靜置保溫15 30min后出爐并除渣。優(yōu)選的，上述方法還包括步驟(3)待溫度冷卻至680°C時，澆注金屬型試樣。優(yōu)選的，所述整個制備方法中用混合有體積分數(shù)為O. 2 % SF6的CO2氣體進行保護。更進一步地，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鑄造制品的方法，包括砂型鑄造、熔模鑄造、永久性鑄造或高壓膜鑄鎂合金的步驟，所述鎂合金由以下重量百分比的成分組成2. 5% 5. 5% 的 Al ；O. 5% 2. 0% 的 Si ；O. 1% O. 6% 的 Mn ；O. 5% 2. 0% 的 Ca ；O. 5% 4· 0% 的 Yb ;限制雜質(zhì)元素不大于O. 03% ；余量為Mg。更進一步地，本發(fā)明提供了一種擠壓或鑄造制品，其由上述的鎂合金制成。優(yōu)選的，所述擠壓或鑄造制品為汽車發(fā)動機或汽車動力傳動系統(tǒng)的組件，如汽車變速箱或進氣
歧管等。本發(fā)明制備的含Ca和稀土 Yb的耐熱鑄造鎂合金具有如下特點( I)選擇了重稀土元素Yb作為合金化元素。重稀土元素對鎂合金室溫和高溫力學(xué)性能的影響較輕稀土元素更為顯著，并可以最大限度的減少由于合金化產(chǎn)生的夾雜，凈化鎂合金熔體。Yb是重稀土元素，可以提高合金中強化相(β -Mg17Al12)的熱穩(wěn)定性，并使呈粗大的漢字狀Mg2Si相細化和球化，從而顯著提高鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能。(2)選用合金元素Ca。加入少量的Ca可以有效防止鎂合金熔煉過程中氧化，細化鎂合金組織，消除合金的熱裂現(xiàn)象。Ca也是本發(fā)明中用于提高β-Mg17Al12相熱穩(wěn)定性并細化α -Mg晶粒的重要元素。(3)添加了少量的Mn。起到“微合金化”的作用，少量的Mn固溶在α -Mg基體中，并細化晶粒，同時降低熔體中雜質(zhì)元素Fe的含量，改善耐 蝕性。本發(fā)明的鎂合金,在室溫下抗拉強度大于250MPa,伸長率大于4%。在200°C高溫下，抗拉強度達175MPa，伸長率達12%。本發(fā)明的鎂合金力學(xué)性能明顯好于AS41合金，更適合用于汽車變速箱和進氣歧管等鎂合金零部件生產(chǎn)。


圖1是實施例1與AS41合金的抗拉強度值隨溫度的變化關(guān)系圖；圖2是實施例1與AS41合金的屈服強度值隨溫度的變化關(guān)系圖；圖3是實施例1與AS41合金的伸長率隨溫度的變化關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及其具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。但本發(fā)明的保護方位并不局限于以下實例，應(yīng)包含權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容。實施例1 :本發(fā)明的成分(重量百分比)為5. 3%A1，1. 2%Si，0. 3%Mn，1. 0%Ca，2. 2%Yb，限制雜質(zhì)元素Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%，其余為 Mg。對比例I中設(shè)計AS41合金成分(重量百分比)為5. 1%A1，1. 3%Si，O. 3%Mn，其余為Mg。具體步驟試驗材料為工業(yè)純Mg錠(由山西聞喜銀光鎂業(yè)集團公司提供，純度彡99. 8%)、工業(yè)純Al錠(由上海余航鋁業(yè)公司提供、純度彡99. 7%)、Al-40S1-10Mn中間合金(由唐山科源有色合金鑄造公司提供，其中的數(shù)值為質(zhì)量百分數(shù))、Mg-15Ca中間合金(由岳陽宇航新材料公司提供，其中的數(shù)值為質(zhì)量百分數(shù)))和Mg-30Yb中間合金(由岳陽昱華冶金新材料公司提供)。其總的質(zhì)量比按照上述成分配比。首先在井式坩堝電阻爐中進行熔煉，將工業(yè)純Mg錠、純Al錠和Al-40S1-10Mn中`間合金加熱至720°C熔化，然后加入Mg_15Ca和Mg_30Yb中間合金，全部溶化后攪拌5 8min，靜置保溫30min后出爐并除渣。待溫度冷卻至680°C時，澆注金屬型試樣。整個熔煉和澆注過程中用C02+0. 2% SF6(體積分數(shù))混合氣體進行保護(注AS41合金按計量稱取樣品后，采用相同的熔煉和澆注工藝)。如圖1、2、3所示，本發(fā)明的室溫抗拉強度大于250MPa，屈服強度達180MPa，伸長率大于4%。在200°C高溫下，抗拉強度達175MPa，屈服強度達125MPa，伸長率達12%，說明本發(fā)明的室溫和高溫力學(xué)性能均要明顯高于對比例I合金。實施例2 本發(fā)明的成分(重量百分比)為5.0%A1，1. 30%Si，O. 35%Mn, O. 5%Ca, 4. 0%Yb,限制雜質(zhì)元素Fe ( O. 005%, Cu ( O. 015%, Ni ( O. 002%，其余為 Mg。對比例2中設(shè)計AS41合金成分(重量百分比)為:4. 80%A1,1. 20%Si，0. 30%Mn,其余為Mg。具體步驟同實施例1。樣品拉伸試驗結(jié)果表明本發(fā)明的室溫抗拉強度、屈服強度及伸長率數(shù)值分別為220MPa、145MPa和4. 0%，其強度指標要明顯低于實施例1。由于在本實施例中，稀土 Yb的添加量遠超過了其在鎂基體中的固溶度，部分Yb元素以網(wǎng)狀Mg2Yb化合物相的形式存在于晶界處，割裂了 α-Mg基體組織，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。對比例2的室溫抗拉強度、屈服強度及伸長率分別為125MPa、112MPa和3. 3%，其力學(xué)性能指標與對比例I相當，如圖1、2、3所示。在高溫下，本發(fā)明的力學(xué)性能仍顯著高于其對比例合金。實施例3
本發(fā)明的成分(重量百分比)為4.50%A1,1. 20%Si，O. 30%Mn, 2. 0%Ca,1. 0%Yb,限制雜質(zhì)元素Fe ( O. 005%, Cu ( O. 015%, Ni ( O. 002%，其余為 Mg。對比例3中設(shè)計AS41合金成分(重量百分比)為4. 50%A1,1. 20%Si，0. 30%Mn，其余為Mg。具體步驟同實施例1。樣品拉伸試驗結(jié)果表明本發(fā)明的室溫抗拉強度、屈服強度及伸長率數(shù)值分別為235MPa、162MPa和4. 6%。同樣，其強度指標也要稍低于實施例1。說明重稀土元素Yb對鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能的影響較Ca元素更為顯著。對比例2的室溫抗拉強度、屈服強度及伸長率分別為127MPa、IlOMPa和3. 6%。此外，兩種合金在高溫下的力學(xué)性能變化趨勢與實施例1基本一致，在200°C時，本發(fā)明的抗拉強度、屈服強度及伸長率分別可達162MPa、120MPa和15%，而對比例3合金相應(yīng)的性能指標分別為102MPa、75MPa和9. 5%。由此可見，復(fù)合添加Ca和稀土 Yb可以顯著提高AS41合金的室溫和高溫力學(xué)性倉泛。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍 。
權(quán)利要求
1.一種耐熱鑄造鎂合金，其特征在于，其由以下重量百分比的成分組成2.5% 5. 5% 的 Al ；O.5% 2. 0% 的 Si ；O.1% 0· 6% 的 Mn ；O.5% 2. 0% 的 Ca ；0.5% 4. 0% 的 Yb ；限制雜質(zhì)元素不大于O. 03% ；余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，其由以下重量百分比的成分組成5. 3% 的 Al，1.2% 的 Si,0.3% 的 Mn,1.0% 的 Ca，2.2% 的 Yb,限制雜質(zhì)元素Fe ( O. 005%, Cu ( O. 015%, Ni ( O. 002%,其余為Mg。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述的耐熱鑄造鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: Cl)按比例準備各合金組分Al、S1、Mn、Ca、稀土 Yb和Mg ；(2)將各組分合金在70(T74(rC熔煉，保溫15 30min，得耐熱鑄造鎂合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括步驟(3)待溫度冷卻至680°C時， 燒注金屬型試樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟(2)的具體步驟為將計量好的純Mg錠、純Al錠和Al-40S1-10Mn中間合金錠加熱至70(T740°C熔化，然后加入Mg_15Ca和 Mg-30Yb合金材料，全部溶化后攪拌5 8min，靜置保溫15 30min后出爐并除渣，得耐熱鑄造鎂合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述整個制備方法中用混合有體積分數(shù)為O. 2% SF6的CO2氣體進行保護。
7.—種生產(chǎn)鑄造制品的方法，其特征在于，包括砂型鑄造、熔模鑄造、永久性鑄造或高壓膜鑄鎂合金的步驟，所述鎂合金由以下重量百分比的成分組成2.50/;。5·5%的AlO.50/;。2·0%的SiO.10/;。0·6%的MnO.50/;。2·0%的CaO.50/;。4·0%的Yb限制雜質(zhì)元素不大于O. 03% ；余量為Mg。
8.一種擠壓或鑄造制品，其特征在于，其由權(quán)利要求1或2所述的鎂合金制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述擠壓或鑄造制品，其特征在于，所述擠壓或鑄造制品為汽車發(fā)動機或汽車動力傳動系統(tǒng)的組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐熱鑄造鎂合金，其包括以下重量百分比的成分2.5%~5.5%的Al；0.5%~2.0%的Si；0.1%~0.6%的Mn；0.5%~2.0%的Ca；0.5%~4.0%的Yb；限制雜質(zhì)元素不大于0.03%；余量為Mg。Ca也是本發(fā)明中用于提高β-Mg17Al12相熱穩(wěn)定性并細化α-Mg晶粒的重要元素。本發(fā)明的鎂合金，在室溫下抗拉強度大于250MPa，伸長率大于4%。在200℃高溫下，抗拉強度達175MPa，伸長率達12%。本發(fā)明的鎂合金力學(xué)性能明顯好于AS41合金，更適合用于汽車變速箱和進氣歧管等鎂合金零部件生產(chǎn)。
文檔編號C22C23/02GK103045922SQ20131001539
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者李坊平, 張付偉, 周坤, 曾芹, 郭順 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司