專利名稱：一種鍶變質含硅高強鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種含鋁(A1)、硅(Si)與鍶(Sr)的鍶變質高強鎂合金及其制備方法， 屬于金屬材料類及冶金領域。
背景技術：
作為目前實際應用中最輕的金屬結構材料，鎂合金具有許多優良性能，如密度小、 比強度和比剛度高以及良好的電磁屏蔽與減震性能，被人們譽為“21世紀最具發展潛力和 前途的綠色工程材料”，面對全球性的能源危機和環境污染問題，鎂合金在許多工業領域中 呈現良好的發展前景。據預測，在汽車工業領域，鎂的應用量將平均每年增長15%。含Si鎂合金是一種目前商業應用廣泛的耐熱鎂合金，這是由于形成的Mg2Si強化 相具有高溶點(1085°C)、與基相近的低密度(1.99g/cm_3)、高彈性模量及低熱膨脹系數等 特點。然而，含Mg2Si的合金只能用于冷卻速度較快的壓鑄，而不能用砂鑄或金屬型鑄造。原 因是在較慢的冷卻速度下Mg2Si強化相會形成粗大的漢字狀形貌，從而惡化合金的能.如 何細化合金的組織成為解決問題的關鍵。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鍶變質含硅高強鎂合金及其制備方法，克服現有含Si 鎂合金組織、強化相Mg2Si粗大等缺陷，通過添加合金元素作為細化變質劑來細化含Si鎂 合金組織，變質合金中的粗大強化相Mg2Si，從而改善含Si鎂合金性能，以便擴大含Si鎂合 金的應用范圍。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種鍶變質含硅高強鎂合金，其組分及重量百分比為A1 0-6. 0%, Si 0. 5-2. 0%, Sr 0. 01-1. 0%，剩余部分為 Mg 和不可避免的雜質。本發明優選配方(重量百分比)為A1 -.2-3%, Si 0. 5-l%,Sr 0. 05-0. 1 %，剩余部分為 Mg 和不可避免的雜質。本發明的熔煉與鑄造工藝如下(1)先將純Mg、純A1、純Si在150-200°C預熱20-30分鐘，并烘干；將精煉劑以及 模具在150-200°C預熱30-60分鐘；(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時， 向熔體中加入預熱純A1、純Si,以及工業純Sr或者含Sr中間合金，然后攪拌至合金元素完 全溶入熔體，將熔體升溫至730-75CTC加入精煉劑進行精煉，在730-75CTC保溫20-30分鐘 后降溫至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在C02與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。所述Sr元素的加入方法是將工業純Sr或者含Sr中間合金從防氧化環境中取 出，干燥并經鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5-10分鐘，熔體在730°C-750°C保 溫20-30分鐘后，對合金液精煉后進行鑄造。
所述含Sr中間合金為Mg-Sr中間合金形式或者Al_Sr中間合金形式。所述C02與SF6混合氣體中，SF6體積分數為0.5%。所述澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂型鑄造。本發明精煉劑采用鎂合金熔煉常用的精煉劑(如RJ-2熔劑，加入量占熔體重量的 )。本發明的優點及有益效果如下1、與現有鎂合金相比，本發明具有實質性特點和顯著進步，該發明熔煉工藝簡單， 合金成本低，強度與塑性高。2、本發明通過在含Si鎂合金通過添加工業純Sr或者Mg-Sr中間合金或者Al_Sr 中間合金，來細化合金晶粒尺寸，變質含Si鎂合金中Mg2Si強化相，起到組織細化和合金強 化的作用。3、本發明合金在鑄態下，抗拉強度ob達到177_221MPa，屈服強度oa2達到 69-lOlMPa，延伸率6達到7. 1-8. 4%，不需要熱處理，即可直接使用。
圖1是未添加Sr的Mg-3Al_lSi合金的晶粒組織宏觀圖。圖2是添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的晶粒組織宏觀圖。圖3是未添加Sr的Mg_3Al_lSi合金的M&Si形貌組織圖。圖4是添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的Mg2Si形貌組織圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步詳細說明。實施例1 合金成分(重量百分比)為2% Al，0.8% Si，0. Sr，剩余部分為Mg和不可避 免的雜質。首先，將純Mg、純A1、純Si在150-200 V預熱20_30分鐘，并烘干；將精煉劑在 150-200°C預熱30-60分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合氣體(SF6體積分數為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純A1、純Si與 Al-10Sr中間合金，所述Sr元素的加入方法是將工業純Sr從防氧化環境中取出，干燥并 經鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5分鐘。然后，攪拌至合金元素完全溶入熔 體，將熔體升溫至750°C加入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后 降溫至730°C，撇去浮渣進行澆鑄，澆鑄用模具在150°C預熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為177. 3MPa，屈服強度為70. 3MPa，延伸率為8. 0%。實施例2 合金成分(重量百分比)為3%A1，1% Si，0.05% Sr，剩余部分為Mg和不可避免 的雜質。首先，將純Mg、純A1、純Si在150-200 V預熱20_30分鐘，并烘干；將精煉劑在 150-200°C預熱30-60分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6混合氣體(SF6體積分數為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純A1、純Si與Mg-IOSr中間合金，所述Sr元素的加入方法是將Mg-IOSr中間合金從防氧化環境中取出， 干燥并經鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下10分鐘。然后，攪拌至合金元素完全 溶入熔體，將熔體升溫至750°C加入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30 分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進行澆鑄，澆鑄用模具在150°C預熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為187. 3MPa,屈服強度為82. 9MPa,延伸率為8. 4%。如圖1所示，未添加Sr的Mg-3Al_lSi合金的晶粒組織存在的問題是合金晶粒粗 大，邊部與心部晶粒尺寸明顯不均勻。如圖2所示，添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的晶粒組織的特點是合金晶 粒明顯細化，并且邊部與心部分布較均勻。如圖3所示，未添加Sr的Mg_3Al_lSi合金的M&Si形貌組織存在的問題是合金 中Mg2Si共晶相聚集分布，且為粗大漢字狀，顯著惡化合金的強度與塑性。如圖4所示，添加Sr后的Mg-3Al-lSi_0. 05Sr合金的Mg2Si形貌組織的特點是 合金中Mg2Si共晶相分布較均勻，同時尺寸明顯減小，形貌由粗大漢字狀變質為細小的棒狀 或者塊狀，對合金性能有明顯的強化作用。實施例3 合金成分(重量百分比)為5% Al，Si，0.5% Sr，剩余部分為Mg和不可避免 的雜質。首先，將純Mg、純Al、純Si在150-200 V預熱20_30分鐘，并烘干；將精煉劑在 150-200°C預熱30-60分鐘；然后，將純Mg在CO2與SF6混合氣體(SF6體積分數為0.5% ) 保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純Al、純Si與純 Sr，所述Sr元素的加入方法是將Al-IOSr中間合金從防氧化環境中取出，干燥并經鋁箔 包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下8分鐘。然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔 體升溫至750°C加入占熔體重量的RJ-2熔劑進行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至 730°C，撇去浮渣進行澆鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強度為212. 5MPa,屈服強度為97. 6MPa,延伸率為7. 1 %。
權利要求
一種鍶變質含硅高強鎂合金，其特征在于，其組分及重量百分比為Al0-6.0％，Si0.5-2.0％，Sr0.01-1.0％，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的鍶變質含硅高強鎂合金，其特征在于，其優選重量百分比為A1 -.2-3%, Si 0. 5-1%, Sr 0. 05-0. 1 %，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的鍶變質含硅高強鎂合金的制備方法，其特征在于，包括如下 步驟(1)先將純Mg、純A1、純Si在150-20(TC預熱20-30分鐘，并烘干；將精煉劑以及模具 在150-200°C預熱30-60分鐘；(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向 熔體中加入預熱純A1、純Si,以及工業純Sr或者含Sr中間合金，然后攪拌至合金元素完全 溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C加入精煉劑進行精煉，在730-75CTC保溫20-30分鐘后 降溫至 700-730 °C ；(3)撇去浮渣后，在C02與SF6混合氣體保護下進行澆鑄成型。
4.根據權利要求3所述的鍶變質含硅高強鎂合金的制備方法，其特征在于，所述Sr元 素的加入方法是將工業純Sr或者含Sr中間合金從防氧化環境中取出，干燥并經鋁箔包裹 后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5-10分鐘，熔體在730°C -750°C保溫20-30分鐘后，對合 金液精煉后進行鑄造。
5.根據權利要求3或4所述的鍶變質含硅高強鎂合金的制備方法，其特征在于，所述含 Sr中間合金為Mg-Sr中間合金形式或者Al_Sr中間合金形式。
6.根據權利要求3所述的鍶變質含硅高強鎂合金的制備方法，其特征在于，所述C02與 SF6混合氣體中，SF6體積分數為0. 5%。
7.根據權利要求3所述的鍶變質含硅高強鎂合金的制備方法，其特征在于，所述澆鑄 成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或砂型鑄造。全文摘要
本發明涉及一種含鋁(Al)、硅(Si)與鍶(Sr)的鍶變質高強鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領域。本發明合金的組分及重量百分比為Al0-6.0％，Si0.5-2.0％，Sr0.01-1.0％，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。本發明的制備工藝為在熔劑或者氣體保護下，將含鎂錠、鋁錠與Si熔化后，加入0.01-1.0％(重量百分比)的工業純Sr或者含有0.01-1.0％(重量百分比)Sr的Mg-Sr或者Al-Sr中間合金，對合金液精煉后進行鑄造。本發明通過在含Si鎂合金中加入Sr，來細化合金晶粒尺寸，變質含Si鎂合金中Mg2Si強化相，起到組織細化和合金強化的作用。本發明合金在鑄態下，抗拉強度σb達到177-221MPa，屈服強度σ0.2達到69-101MPa，延伸率δ達到7.1-8.4％。
文檔編號C22C23/02GK101871067SQ20091001128
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者周吉學, 楊院生, 王晶, 王杰, 童文輝 申請人:中國科學院金屬研究所