專利名稱：一種抗熱裂低線收縮率鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金，特別涉及一種MgAlZn低收縮率鎂合金。
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、壓鑄性能都十分優良的特點，被廣泛用于金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固態鑄造、砂型鑄造等鑄造形式。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鎂合金在鑄造時，金屬液在凝固成固體的過程中，受體積收縮的影響，內部應力很大，容易造成鑄件表面開裂，內部縮孔，甚至發生鑄件開模即斷裂的現象。這種熱裂現象嚴重的影響了鑄造鎂合金的應用，影響到鎂合金件的合格率。上述壓鑄鎂合金線收縮率為I. 5-2%，有明顯熱裂現象，限制了其使用范圍。
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抗熱裂低線收縮率鎂合金。所述技術方案如下一種抗熱裂低線收縮率鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Li組成，其重量百分組成為 Al I. 5-25%, Zn 0. 1-3. 5%, Mn 0. 1-2. 2 %、稀土 0. 0002-16 %、Nb
0.0002-4%, Li 0. 0002-9%，其余為 Mg。其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、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、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。優選，其重量百分組成為Al 4. 5-10%, Zn 0.3-1 %、Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0.1-2%、Nb 0. 05-1 %、LiO. 05-4%，其余為 Mg。優選，其重量百分組成為Al I. 5-2. 5%,Zn 0. 3-1%,Mn 0. 1-0. 6%,Gd 0. 1-4%,Nb 0. 05-1 %、LiO. 001-4%，其余為 Mg。更有選，其重量百分組成為Al 7-9. 7 %, Zn 0.35-1 %、Mn 0. 1-0. 6 Gd
0.1-0. 8%, NbO. 05-0. 6%, Li 0. 05-4%，其余為 Mg。最優選，其重量百分組成為Al 8%, Zn 0. 5%, Mn 0. 4%, Gd 0. 4%, Nb 0. 3%,Li2%，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。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鑄造鎂合金中，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，Li有強烈的細化晶粒和凈化合金液作用。由于上述元素的聯合作用，特別是Li元素的作用，使合金凝固時結晶潛熱發生改變，在上述元素的吸熱、放熱聯合作用下，本發明提供的合金液在模具中保持液態的時間明顯長于現有AZ系壓鑄鎂合金，使得合金在凝固過程中，補縮充分、內部熱應力小、抗熱裂性能好，同時，由于本發明實施例提供的鎂合金液態體積和固態體積變化很小，因此具有充型能力優良、收縮率低的特點。本發明合金還具有優良力學性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好等特性。
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，下面將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I、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配制合金，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氬氣保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720V -780°C時加A MgRE中間合金(如MgGd> MgY、MgNd等)或AlRE中間合金、AlLi中間合金或MgLi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；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配制合金，在真空爐中加入鋁錠、鋅錠、Mn或Mn劑、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、RE、AlLi中間合金或MgLi中間合金。待所加入的金屬熔化后在720°C -780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氬氣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；鎂合金覆蓋劑、稀土、Mn劑、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配制合金，在熔爐中加入標準牌號MgAlZn系壓鑄鎂合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，上述金屬快熔化時采用氬氣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、AlLi中間合金或MgLi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。 本工藝中鎂合金覆蓋劑及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。T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至3900C，氬氣保護，保溫18小時，鑄造件出爐后水淬，水溫60°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壓鑄鎂合金可能會含有不可避免的雜質，如Fe、Cu、Si、Be等，只要所述雜質對鎂合金的性能不造成明顯影響，并且雜質總量控制在所述鎂合金成品中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比< 0. 1%以內，存在微量雜質也是允許的。實施例I按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al I. 5%,Zn 0. l%,Mn 0. 1%,Y 0. 0002%,Nb 0. 0002%,Li 0. 0002%，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2按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用半固態鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 25%, Zn 3. 5%, Mn 2. 2%, Sc 16%, Nb 4%, Li 9%，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3按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，鎂合金的重量百分組成為 A13.5%、Zn 3%, Mn 2%, Sm 5%, Nb 2%,Li 7%，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鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al I. 5%,Zn 0. 3%, Mn 0. l%,Nd 0. I %, Nb 0. 05%,Li 0. 001 %，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 2. 5%, Zn l%,Mn 0. 6%,La4%,Nb l%,Li 4%，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鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 4. 5%, Zn 0. 3%, Mn 0.1%、Ce 0. I %, Nb 0. 05%,Li 0.05%，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 10%, Zn l%,Mn 0. 6%, Tb 2%, Nb l%,Li 4%，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 0. 35%, Mn 0. 12%,Dy 0. I %, Nb 0. 05%,Li 0.05%，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9按上述工藝三所述步驟制備鎂合金，制備過程中所用的所述標準牌號壓鑄鎂合金為YM305，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 0.9%、Mn
0.5%, HoO. 8%, Nb 0. 6%, Li 4%，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鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn 0. 4%, Mn 0. 5%, Gd 0. 3%, Nb 0. l%,Li 3%，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11按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%,Zn 0. 4%,Mn 0. 5%,Gd 0. 2%,Er 0. l%,Nb 0. l%,Li 3%，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12按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn 0. 4%,Mn 0. 5%, Er 0. 3%, Nb 0.1%、Li 3%，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13按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 9%'Zn 0. 9%, Mn 0. 2%,Gd 0. 4%, Nb 0. 3%,Li 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14按上述工藝二所述步驟制備鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 8. 5%, Zn 0. 8%, Mn 0. 3%, Gd 0. 7%, Nb 0. 2%, Li 0.5%，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15
按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 A18%、Zn 0. 5%, Mn 0. 4%, Gd 0. 5%, Nb 0. 3%, Li 2%，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I按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 A18%、Zn 0. 5%, Mn 0. 4%, Gd 0. 5%, Li 2%，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2
按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 A18%、Zn 0. 5%, Mn 0. 4%, Gd 0. 5%, Nb 0.3%，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3按上述工藝一所述步驟制備鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 A18%、Zn 0. 5%, Mn 0. 4%,Gd 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。以上各實施例提供的鎂合金鑄件可以含有微量的雜質，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< 0. 5 %，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比
<0. 1%。本發明各實施例及對比實施例提供的鎂合金鑄件的線收縮率參見表I。表I各實施例提供的鎂合金鑄件的線收縮率表
試樣實施例I 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6
線收縮率A 0.70.6 ~ 0. 70.3 一 0.40.3
試樣實施例7 實施例8 實施例9 —秦施例10 實施例11 ^實施例12
線收縮率/% 0.40.2 ~ 0. I0.05 一 0.060. I
試樣實施例13 實施例14 實施例15 對比實施例I
線收縮率/% 0.60.70.011.51.21.6由表I所示，本發明實施例提供的鎂合鑄件的線收縮率均小于I %，遠遠低于現有MgAlZn系壓鑄鎂合金，具有良好的抗熱裂性；同時參見實施例15及對比實施例1-3，本發明實施例提供的鎂合金鑄件與不添加Li或Nb或兩者均不添加的鎂合金鑄件相比，具有更好的抗熱裂性；實施例7、8及15的線收縮率比其他實施例低，實施例7、8及15各組分的范圍在 Al 7-9.7%、Zn 0.35-1 %、Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0. 1-0. 8%, Nb 0. 05-0. 6%, LiO. 05-4%內；通過實施例10-12之間的對比，可知含有的RE有Gd的效果更佳；實施例15提供的鎂合金鑄件的線收縮率最低，實施例15提供的鎂合金抗熱裂性最強。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種抗熱裂低線收縮率鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Li 組成，其重量百分組成為 Al I. 5-25%, Zn 0. 1-3. 5%, Mn 0.1-2. 2%、稀土0.0002-16%, Nb 0. 0002-4%, Li 0. 0002-9%，其余為 Mg。
2.根據權利要求I所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據權利要求I或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sc、Sm、Pr、Yb、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Al4.5-10%,Zn 0. 3-1%,Mn 0. 1-0. 6%,Gd 0. 1-2%,Nb 0. 05-1%,Li 0. 05-4%，其余為 Mg。
5.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Al1.5-2.5%、Zn 0.3-1 %、Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0. 1-4%, Nb 0.05-1 %、Li 0.001-4%，其余為Mg。
6.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Al7-9. 7%, Zn 0. 35-1%, Mn 0. 1-0. 6%, Gd 0. 1-0. 8%, Nb 0. 05-0. 6%, Li 0. 05_4%，其余為Mg。
7.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Al8%,ZnO. 5%、Mn 0. 4%, Gd 0. 4%, Nb 0. 3%, Li 2%，其余為 Mg。
8.根據權利要求I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。
全文摘要
本發明公開了一種抗熱裂低線收縮率鎂合金，屬于鎂合金領域。所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土、Nb、Li元素組成，其重量百分組成為Al 1.5-25％、Zn 0.1-3.5％、Mn 0.1-2.2％、稀土0.0002-16％、Nb 0.0002-4％、Li0.0002-9％，其余為Mg。本發明通過在鎂合金中添加稀土元素、Nb元素，改變β相的結構，通過加入Li元素，來細化晶粒，由于上述元素的聯合作用，使合金凝固時結晶潛熱發生改變，得到了一種具有充型能力優良，收縮率低，力學性能優良，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造的鎂合金。
文檔編號C22C23/02GK102618764SQ201210107779
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者馮俊 申請人:江漢大學