專利名稱：一種MgAlZn系耐熱鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金，特別涉及一種MgAlZn系適用于鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
背景技術：
隨著科技的發展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進一步研發燃料利用率更高的新產品。在汽車制造業中，鎂合金作為一種新型的輕質金屬材料，被汽車制造廠家用來替代傳統的鑄鐵，以實現減輕車身重量的目的。
目前，國產MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有YM302、YM303、YM304、YM305 ;美國標準 ASTM B的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有AZ91A、AZ91B、AZ91D ;日本標準JIS H的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有MDC1B、MDC1D ;歐洲標準EN的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有EN-MC21110、 EN-MC21120, EN-MC21121。這些牌號的合金具有流動性、機械加工性、鑄造性能都十分優良的特點，并且由于含有合金元素Zn，因此，抗拉強度也十分優良，并且被廣泛用于壓鑄、金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、半固態鑄造、砂型鑄造等鑄造形式。另外,MgAlZn系鎂合金也有用于變形鎂合金方向的。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題汽車上的某些部件，如變速箱箱體、發動機箱蓋等，工作溫度較高，并且也存在著輕量化的需求。但上述 MgAlZn系鎂合金由于合金組織中β相以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點較低，不耐高溫，上述 MgAlZn系鎂合金在在200°C高溫下的抗拉強度均小于90MPa，因此其生產的部件不適于在高溫環境下工作，因而無法滿足汽車上述部件的耐高溫需求。
因而，本領域急需一種力學性能優良、耐高溫、能適用于鑄造并有一定軋制變形能力的鎂合金。發明內容
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明實施例提供了一種具有著良好力學性能的MgAlZn系耐熱鎂合金。所述技術方案如下
一種耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土(RE)及Nb組成，其重量百分組成為 Al1. 5% -18%, Zn O.1 % -3. 5 %, Mn O.1 % -2. 2 %, RE O. 0002 % -8 %, Nb O. 0002% -2.2%，其余為 Mg。
其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Pr、Yb、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優選，所述稀土為Gd 或 Gd 與 Y、Sc、Pr、Yb、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優選，其重量百分組成為Al1. 5% -10%, Zn O. 3% -1%, Mn O. 1% -O. 6%, Gd O. 1% -4%, NbO. 05% _1%，其余為 Mg。
更優選，其重量百分組成為Al 7% -9. 7%, Zn O. 35% -1%, Mn O. 12% -O. 6%, Gd O. 1% -O. 8%, Nb O. 05% -O. 6%，其余為 Mg。
最優選，其重量百分組成為Al 8%, Zn 0.6%、Mn 0.3%、Gd l%,Nb 0.5%，其余為Mg。
其中，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是本發明提供的鎂合金中，由于 RE能與Mg形成MgRE化合物，Nb能和其他元素(如Al)形成一些耐高溫的金屬化合物,這些金屬化合物分布在晶界上，替代了部分Mg17Al12P相，改變了 β相的結構，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優良力學性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下
1、本發明實施例提供的鎂合金可通過以下三種熔煉工藝制作
工藝一按照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、鋅錠、MgMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，給所用電阻爐升溫，當加 入的上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到 7200C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGcUMgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在 7200C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量， 如按照氣體含量檢查方法進行氣體含量檢查，如果質量較差，需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到700°C _740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發明合金的鑄件。
本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑和中間合金產品為市場銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
工藝二 按照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在真空爐中加入鋁錠、鋅錠、AlMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，升溫至 820°C，保溫2-8小時，然后降溫到720°C _780°C，加入鎂錠和RE。待所加入的金屬熔化后在720V _780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量，如氣體含量的檢查，如果質量較差， 需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到70(TC -740°C扒渣，然后進行澆注， 即得到本發明合金的鑄件。
本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、 RE和中間合金為市場上銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
工藝三照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在熔爐中加入標準牌號MgAlZn系壓鑄鎂合金與AlNb中間合金或NbAl中間合金，上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720°C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量，如按照氣體含量檢查方法進行氣體含量檢查，如果質量較差，需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到 7000C _740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發明合金的鑄件。
本工藝中保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、RE和中間合金為市場上銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
2、本發明實施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法
技術領域：
本發明實施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進行熱處理，其它形式的鑄造件可進行熱處理，一般采用T4固溶處理。本發明實施例采用的熱處理即T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至405°C，保溫16小時，鑄造件出爐后水淬，水溫40°C。
受熔煉過程選用原料的純度及熔煉、鑄造過程中其他一些不可避免的因素的影響，本發明實施例提供的鎂合金鑄件會含有不可避免的雜質，如Zn、Fe、Cu等，只要所述不可避免的雜質總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5%，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%，就不會對鎂合金的性能造成明顯影響。
實施例1
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 18%, Zn 3. 5%,Mn 2. 2%, Y 8%, Nb 2.2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例2
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 15%, Zn O. 2%, Mn O. 7%, Sc 7%, Nb 2.2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例3
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Al1. 5%,Zn O. 12%,Mn O.1 %, Sm O. 001%, Nb O. 001 %，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例4
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al1. 5%'Zn O. 3%, Mn O. l%,Nd O.1 %, Nb O. 005%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例5
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 10%, Zn 1%,Μη O. 6%, La 4%, Nb 1%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例6
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用金屬型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%'Zn O. 8%, Mn O. 5%,Gd 3%, Nb 0.8%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例7
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%, Zn O. 8%,Mn O. 5%,Gd 2%, Ce l%,Nb 0.8%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例8
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%, Zn O. 8%, Mn O. 5%, Ce 3%, Nb 0.8%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例9
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7%'Zn O. 35%, Mn O. 12%,Tb O.1 %, Nb O. 05%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例10
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 9. 7%, Zn 1%,Μη O. 6%, Dy O. 8%, Nb 0.6%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例11
按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過程中所用的所述標準牌號壓鑄鎂合金為AZ91D，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Al 9%, Zn O. 4%, Mn O. 2%, Ho O. 7%, Nb 0.5%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例12
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%'Zn O. 9%, Mn O. 5%'Gd O. 2%, Nb O. 1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例13
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn O. 9%,Mn O. 5%,Gd O. l%,Er O. l%,Nb O. 1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例14
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn O. 9%, Mn O. 5%, Er O. 2%, Nb 0.1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例15
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 Al 8%'Zn O. 6%, Mn O. 3%,Gd l%,Nb 0.5%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
對比實施例
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 8%, Zn 0.6%、Mn 0.3%、Gd I%，其余為Mg和不可避免的雜質。
以上各實施例提供的鎂合金鑄件均含有不可避免的雜質，所述不可避免的雜質總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5 %，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比 < O. 1%。
鑄件的力學性能測試在電子萬能試驗機上進行。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
表I各實施例提供的鎂合金鑄件的力學性能參數表
權利要求
1.一種MgAlZn系耐熱鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土及 Nb 組成，其重量百分組成為 Al1. 5% -18%, Zn O.1 % -3. 5%, Mn 0.1%-2. 2 %、稀土0.0002 % -8%, Nb O. 0002 % -2. 2%,其余為 Mg。
2.根據權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Pr、Yb、Sm、Nd、 La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sc、Pr、 Yb、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據權利要求1-3任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al1.5% -10%,Zn O. 3% -1%,Μη O. 1% -O. 6%,Gd O. 1% -4%,Nb O. 05% _1%，其余為 Mg。
5.根據權利要求1-4任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al 7% -9. 7%,Zn O. 35% -1%,Μη O. 12% -O. 6%,Gd O. 1% -O. 8%,Nb O. 05% -O. 6%，其余為Mg。
6.根據權利要求1-5任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al8%, ZnO. 6%、Mn O. 3%,Gd l%,Nb 0.5%，其余為 Mg。
7.按權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
全文摘要
本發明公開了一種MgAlZn系耐熱鎂合金，屬于鎂合金領域。所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土及Nb組成，其重量百分組成為Al 1.5％-18％、Zn 0.1％-3.5％、Mn 0.1％-2.2％、稀土0.0002％-8％、Nb 0.0002％-2.2％，其余為Mg。本發明通過在鎂合金中添加稀土及Nb元素，改變了β相的結構，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優良力學性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號C22C1/03GK102994840SQ20111026706
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者馮俊 申請人:武漢鐵盟機電有限公司