專利名稱：一種中強(qiáng)韌高成形性耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種中強(qiáng)韌高成形性耐熱鎂合金。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度輕、比強(qiáng)度和比剛度高、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、通訊電子、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但鎂合金的高溫力學(xué)性能較差。當(dāng)溫度升高時(shí)，其強(qiáng)度和抗蠕變性能往往大幅下降，因此難以作為高溫長(zhǎng)時(shí)間使用的零部件。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)耐熱和高成形性鎂合金的研究主要集中在Mg-Al系合金，占?jí)鸿T鎂合金總量的90%以上。但該系合金組織中的主要強(qiáng)化相b-Mg17Al12熔點(diǎn)僅為437°C，熱穩(wěn)定性較差，在高于120°C時(shí)開(kāi)始發(fā)生軟化和粗化，不能有效釘扎晶界及抑制高溫晶界區(qū)滑動(dòng)，導(dǎo)致合金高溫強(qiáng)度低和抗蠕變性能差，其零件不適合在高于120°C的環(huán)境中工作。研究表明，在Mg-Al系合金中添加稀土 RE，添加的RE元素優(yōu)先與Al相結(jié)合生成高熱穩(wěn)定性的Al-RE相，有效抑制低熔點(diǎn)b-Mg17Al12相的析出，同時(shí)能細(xì)化組織，因此RE的添加能有效改善Mg-Al合金組織、成形性和提高高溫性能及抗螺變性能,從而開(kāi)發(fā)出新型Mg-Al-RE系高成形性耐熱鎂合金，擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍。CN 200810057360.X名稱為“一種含Nd耐熱鎂合金及其制備方法”的發(fā)明專利公開(kāi)了通過(guò)在Mg-Al合金中添加高稀土 Nd含量(5.5飛.5%)，析出高熱穩(wěn)定性的Al2Nd強(qiáng)化相(熔點(diǎn)為1500°C)，完全消耗過(guò)飽和的固溶Al，減少蠕變過(guò)程中析出的b-Mg17Al12相，從而提高其高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能。該發(fā)明的Mg-(5.5飛.5)Α1-(3.5飛.5)Nd合金在175°C時(shí)的抗拉強(qiáng)
度和延伸率分別為149 157 MPa和24 28%，在150°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?1.9 2.4%οCN 200810042784.9名稱為“含Ca和重稀土 Gd的壓鑄耐熱鎂合金及其制備方法”的發(fā)明專利公開(kāi)了通過(guò)在Mg-Al合金中復(fù)合添加稀土Gd和堿土金屬Ca，同時(shí)析出高熱穩(wěn)定性的Al2Gd和Al2Ca強(qiáng)化相(熔點(diǎn)分別為1523°C和1079°C )，有效抑制b_Mg17Al12相的析出，從而提高其高溫力學(xué)性能。該發(fā)明的Mg-(3 8)Al-(0.Γ3.0)Gd-(0.1 3.0)Ca-(0 0.5)Mn合金的壓鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為225 247 MPa和5.Γ6.3%，在200°C時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為183 205 MPa和9.5 11.6%，在150°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?.02 0.04%，在200°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?.09 0.20%。上述兩專利分別通過(guò)單獨(dú)添加Nd或復(fù)合添加Gd和Ca來(lái)提高M(jìn)g-Al系合金的高溫力學(xué)性能，但添加的Nd價(jià)格較貴，Ca的添加將導(dǎo)致熱裂傾向變嚴(yán)重，同時(shí)合金的成形性仍有待提高。具有中等強(qiáng)韌性和優(yōu)良成形性能的耐熱鎂合金將有助于拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服Mg-Al合金的耐熱性能和成形性能不足，提供一種中強(qiáng)韌高成形性耐熱鎂合金。本發(fā)明所述耐熱鎂合金的組分及其重量百分比為:A1 3.(Γ7.0%，Sm 0.5^3.0%和Bi 0.3 0.75%，余量為 Mg。本發(fā)明所述最佳的耐熱鎂合金的組分及其重量百分比為:A1 6.0%，Sm 1.0%和Bi
0.3%，余量為Mg。Al是耐熱鎂合金中最主要的合金元素，在Mg中的最大固溶度達(dá)12.7%。當(dāng)Al含量< 10%時(shí)，隨著Al含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度逐漸提高，而延伸率先提高后下降。研究表明，含有5飛%A1的Mg-Al系合金具有最佳的強(qiáng)度和塑性組合。I3-Mg17Al1JB在高溫下易發(fā)生軟化和粗化，不能有效釘扎晶界，高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能較差，而b-Mg17Al12相隨著
Al含量的增加而增多，所以Al含量選擇為3.(Γ7.0%。Sm屬于輕稀土元素，價(jià)格較Nd便宜，是耐熱鎂合金中常用的合金元素之一，在Mg中的最大固溶度達(dá)5.88%。加入Mg-Al合金中生成高熱穩(wěn)定性的Al2Sm相(熔點(diǎn)為1500°C)，有效抑制低熔點(diǎn)b-Mg17Al12相的析出，從而提高其高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能。研究表明，Mg-Al系合金加入1.5%Sm后的組織與力學(xué)性能達(dá)到最好。所以Sm含量選擇為0.5^3.0%。Bi是耐熱鎂合金中常用的合金元素之一，在Mg中的最大固溶度為8.85%。Mg-Al合金中添加Bi后生成高熱穩(wěn)定性的Mg3Bi2相(熔點(diǎn)為823°C )，在高溫蠕變過(guò)程中可有效抑制晶界滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使合金的高溫性能得到改善；Bi還可阻止時(shí)效過(guò)程中
的非連續(xù)沉淀，使合金呈現(xiàn)更低的蠕變速率。同時(shí)適量的Bi亦可提高M(jìn)g-Al合金的成形性。所以Bi含量選擇為0.3 0.75%。本發(fā)明以3.(Γ7.0%A1作為基本成分，加入0.5^3.0%Sm形成小塊狀高熱穩(wěn)定性Al2Sm相，有效抑制低熔點(diǎn)b-Mg17Al12相的析出，且成彌散分布，提高其高溫力學(xué)性能；加入
0.3^0.75%Bi形成桿狀高熱穩(wěn)定性Mg3Bi2相，提高其高溫力學(xué)性能和成形性能(見(jiàn)圖1和
2)。合理的熔鑄方法可有效地保證稀土元素的溶解和減少其燒損。通過(guò)合理的壓鑄方法(模具溫度、壓射時(shí)間等)，在較快的冷卻速度條件下，晶粒明顯細(xì)化，第二相顆粒被有效地破碎、細(xì)化(見(jiàn)圖3和4)，起到彌散強(qiáng)化合金基體和釘扎晶界的作用，有效阻礙高溫晶界滑移。因此本發(fā)明的Mg-Al-Sm-Bi合金呈現(xiàn)中等強(qiáng)韌性和優(yōu)良成形性能，可拓寬Mg-Al系耐熱鎂合金在軌道交通、汽車、運(yùn)動(dòng)器械、3C等領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1是實(shí)施例2的鑄態(tài)光學(xué)顯微組織照片。圖2是實(shí)施例2的鑄態(tài)掃描顯微組織照片。圖3是實(shí)施例2的壓鑄態(tài)光學(xué)顯微組織照片。圖4是實(shí)施例2的壓鑄態(tài)掃描顯微組織照片。圖5是實(shí)施例2的鑄態(tài)XRD譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述耐熱鎂合金的熔鑄方法:在0)2和0.2vol%SFjg合氣體保護(hù)下，待工業(yè)純Mg熔化后升溫至730°C，每隔5min依次將工業(yè)純Al、Mg-30%Sm中間合金和工業(yè)純Bi加入熔體中；在Ih內(nèi)攪拌熔體兩次；然后加入JDMJ型精煉劑攪拌后升溫至750°C，靜置30min ；最后待熔體溫度冷卻至715°C，除渣后澆入預(yù)熱溫度為250°C的Y型金屬型模具中，凝固成鑄態(tài)試樣。熔體澆入預(yù)熱溫度為350°C的螺旋型金屬型模具(型腔截面l(T8mm2)中，凝固成鑄態(tài)流動(dòng)性試樣。熔體分別快速壓入預(yù)熱溫度為250°C的壓鑄力學(xué)性能模具和壓鑄流動(dòng)性模具(型腔截面R5mm的半圓)中，凝固成壓鑄態(tài)力學(xué)性能試樣和流動(dòng)性試樣。結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容提供以下三個(gè)實(shí)施例和兩個(gè)對(duì)比例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述三個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例1
合金成分的重量百分比為=Al 3.0%，Sm 0.5%和Bi 0.3%，余量為Mg。實(shí)施例1的鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為198 MPa和7.0%，150°C的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為169MPa和26.5%，鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為410mm。實(shí)施例2
合金成分的重量百分比為=Al 6.0%，Sm 1.0%和Bi 0.3%，余量為Mg。實(shí)施例2的鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為220MPa和12.5%，150°C的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為162MPa和14.5%，鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為460mm ;壓鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為285MPa和16.5%，壓鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為1870mm。實(shí)施例3
合金成分的重量百分比 為=Al 7.0%，Sm 3.0%和Bi 0.75%，余量為Mg。實(shí)施例3的鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為210MPa和12.0%，150°C的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為151MPa和13.5%，鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為430mm。對(duì)比例I
AZ61合金，合金成分的重量百分比為:A1 6.0%和Zn 1.0%，余量為Mg。對(duì)比例I的鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為205MPa和5.5%，150°C的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為HOMPa和6.5%，鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為165mm。對(duì)比例2
AZ91D合金，合金成分的重量百分比為:A1 9.0%和Zn 1.0%，余量為Mg。對(duì)比例2的鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為330mm ;壓鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為210MPa和2.5%，壓鑄態(tài)流動(dòng)長(zhǎng)度為2450mm。本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例的流動(dòng)性能和拉伸力學(xué)性能列于表I中。
表I實(shí)施例和對(duì)比例的流動(dòng)性能和拉伸力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種中強(qiáng)韌高成形性耐熱鎂合金，其特征是由以下組分和重量百分比組成:A1·3.0 7.0%, Sm 0.5 3.0% 和 Bi 0.3 0.75%,余量為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱鎂合金，其特征是由以下組分和重量百分比組成:A1·6.0%, Sm 1.0% 和 Bi 0.3%,余量為 Mg。
全文摘要
一種中強(qiáng)韌高成形性耐熱鎂合金。其特征是由以下組分和重量百分比組成Al3.0~7.0%，Sm0.5~3.0%和Bi0.3~0.75%，余量為Mg。本發(fā)明的鎂合金鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為220MPa和12.5%，150℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為162MPa和14.5%，相同條件下對(duì)比AZ61合金，室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別提高7.3%和127%，150℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別提高15.7%和123%；鑄態(tài)流動(dòng)性較AZ91D合金提高36.6%。壓鑄態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為285MPa和16.5%，壓鑄態(tài)流動(dòng)性略低于AZ91D合金。它是一種具有中等強(qiáng)韌性和優(yōu)良成形性能，尤其是高溫性能較優(yōu)異的耐熱鎂合金，適用于軌道交通、汽車、運(yùn)動(dòng)器械、3C等行業(yè)。
文檔編號(hào)C22C23/06GK103215482SQ201310133489
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者戚文軍, 黃正華, 徐靜, 李濤, 周楠, 蔡暢 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院