專利名稱：汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金，特別是一種汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，屬于輕金屬材料技術領域。
背景技術：
鎂合金材料具有比強度、比剛度高以及阻尼減震等特點，已經成為汽車制造業的重要原材料，為滿足汽車工業節能和環保的要求提供了更大的發展空 間。Mg-Al系合金是鑄造鎂合金中應用最廣的，其中的AZ系和AM系鎂合金已經在汽車工業中得到了廣泛的商業化應用，這些合金不僅具有良好的鑄造性還表現出優良的室溫機械性能。但由于它們的高溫強度和抗蠕變性能不佳、耐腐蝕性能較差，一直以來都只是用作一些非關鍵性的汽車零部件，如方向盤，轉向柱部件，儀表板，座椅和齒輪箱等，它們在汽車主要動力系統(變速箱和發動機殼體)中的應用受到了很大的限制。在Mg-Al基合金中加入堿土元素Ca或Sr，會在基體相中析出熔點很高的Al-Ca相或Al-Sr相。這些相在高溫下不會分解，能夠對晶界起到很好的釘扎效果，因而能夠有效地改善鎂合金的高溫力學性能，特別是抗蠕變性能。專利CN 1637160A(壓鑄用鎂合金及鎂壓鑄制品)公開了一種在AZ91系基體合金中添加晶粒細化劑銻和鈣中的至少一種、和鍶，來完善鎂合金組織，提高合金高溫蠕變性能的案例，其成份質量百分配比為6. 0 11.0%鋁(A1)，0. I 2. 5%鋅(Zn)，0. I 0.5%錳(Mn)，0. I I. 5% 銻(Sb)，0. 05 3. 5% 鈣(Ca)，0. I 2. 5% 鍶(Sr)，余量為鎂。又如專利CN 101643872A (—種高強度、高塑性鎂合金及其制備方法)公開了一種在Mg-Sn基體合金中添加合金元素硅、銻、釔和鍶中的一種或幾種，來提高鎂合金的強度和塑性的案例，其成份質量百分配比為6. I 9. 5%鋁(Al)，I. (T5. 0%錫(Sn)，(T3. 0%硅(Si), 0^2. 0% 銻(Sb)，0 3. 0% 釔(Y)，0 2. 0% 鍶(Sr)，余量為鎂。近年來的研究表明，Sb和Cd的合金化可以改善Mg-Al-RE合金中力學性能和耐蝕性能，如公布號為CN102134673A公開的一種高強韌耐熱耐蝕稀土鎂合金和公布號為CN102127669A公開的高強韌耐熱耐蝕稀土鎂合金均是通過Sb和Cd來改善合金力學性能。作為汽車發動機缸體用材料，需要兼具優良的室溫機械性能和耐熱性能的同時還需要具有良好的耐腐蝕性能。所有這些合金雖然具有較高的強度，但過多的合金合金元素導致合金中的第二相較多而降低了合金的塑性和耐蝕性能，限制了它們在汽車發動機缸體中的應用。專利WO 01/44529 Al公開了一種Mg-Al-Sr系合金，其成份質量百分配比為2. 0 9. 0%鋁(A1)，0. 5 7. 0%鍶(Sr)，余量為鎂。該合金成本相對較低，在150°C以上的高溫具有較高的拉伸屈服強度OlOOMPa)和耐蠕變性能(< 0. 03%)，以及較低的耐腐蝕性能(彡0. 3251mm/year)。其中，AJ62合金(Mg_6Al_2. 4Sr)已經成功地應用于寶馬六缸發動機缸體。與AJ62合金相比，AJ52合金(Mg-5Al-2Sr)具備有更高的耐熱性能，但其室溫機械性能和耐腐蝕性能卻低于AJ62合金(Eric Baril, Pierre Labelle, and Mihriban0. Pekguleryuz. Elevated Temperature Mg-Al-Sr: Creep Resistance, MechanicalProperties, and Microstructure. Jom-Journal of the Minerals Metals & MaterialsSociety. 2003，55(11) : A34-A39.)。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，該鎂合金具有優異的高溫強度、塑性、抗蠕變性能和耐腐蝕性。為了解決上述的技術問題，本發明的技術方案是一種汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁3. 5^5. 5%，鍶I. 5^2. 5%，銻0. 2^0. 4%，鎘0. 2 0. 8%,鈦0. 04 0. 08%,其余為鎂。作為優選，所述成分的重量百分配比為鋁5. 0^5. 5%，鍶2. 0^2. 5%，銻0. 2 0. 25%，鎘0. 2 0. 25%,鈦0. 04 0. 06%,其余為鎂。 本發明的工藝步驟如下在熔劑和氣體保護熔煉條件下，將工業純鎂和工業純鋁放入坩堝內，當爐內溫度升至68(T730°C，保溫一段時間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續升溫至74(T760°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液5 10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置1(T20分鐘后澆注。該工藝可用于合金鑄件或胚料的制造。本發明通過Sb、Cd和Ti的合金化在改善Mg-Al-Sr合金力學性能(如提高合金的室高溫拉伸屈服強度)的基礎上，大幅地提高合金的耐蝕性能(降低合金的耐腐蝕速率)，其實質性特點和效果為(I)采用低熔點和低成本的Mg-Sr中間合金實現Sr的添加，Sr可以提高鎂固溶體的熔點，其具有較低的密度并且在鎂合金中擴散緩慢；Sr具有細晶強化的作用，可以細化鎂合金晶粒；Sr與合金中的Al結合能夠生成高熔點的A14Sr相，減少Mgl7A112相在晶界析出，提高合金的高溫強度和抗蠕變性能；(2)表面活性元素Sb能夠改善合金中A14Sr相的形態、數量和分布。Sb將取代部分Al優先與Sr結合形成高熔點彌散顆粒相SbSr2，該相在合金熔體凝固過程中可作為a-Mg基體的非均質形核的核心細化晶粒，在合金基體中還能夠阻礙位錯的運動，提高合金的強度。SbSr2相的形成還會導致合金中A14Sr相的形成受到限制，使固溶于合金基體中的Al元素含量增加，提高了合金固溶強化的效果，使合金的拉伸強度和屈服強度得以提升。(3) Cd是一種能夠在鎂中無限固溶的合金元素，Cd的存在能夠提基體電極電位，使合金的耐蝕性能得到提高。(4)Ti起到細化晶粒和改善晶界第二相的作用，提高合金的力學性能。(5) 一定含量的Al能夠提高鎂合金的鑄造性能和耐腐蝕性能，保證合金的固溶強化和時效強化效果，但Al含量較高時又降低了合金的高溫性能和韌性，因此鋁的質量百分數應保持在3. 5% 5. 5%。
具體實施例方式實施例I
合金成分(重量百分比)3.5%A1、1. 5%Sr、0. 2%Sb、0. 2%Cd、0. 06%Ti，其余為 Mg，控制雜質元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護熔煉條件下，將工業純鎂和工業純鋁放入坩堝內，當爐內溫度升至700°C，保溫一段時間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續升溫至750°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置20分鐘后澆注。實施例2合金成分(重量百分比)5.0%A1、2. 0%Sr、0. 25%Sb、0. 25%Cd、0. 04%Ti，其余為 Mg，控制雜質元素Si ( 0. 02%，Fe ( 0. 005%，Cu ( 0. 015%，Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護熔煉條件下，將工業純鎂和工業純鋁放入坩堝內，當爐內溫度升至680°C，保溫一段時間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續升溫至760°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液5分鐘后加入Al-Ti 中間合金，靜置20分鐘后澆注。實施例3合金成分(重量百分比)5.5%A1、2. 0%Sr、0. 3%Sb,0. 6%Cd、0. 06%Ti，其余為 Mg，控制雜質元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護熔煉條件下，將工業純鎂和工業純鋁放入坩堝內，當爐內溫度升至730°C，保溫一段時間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續升溫至740 V，加入精煉劑精煉鎂合金熔液7分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置15分鐘后澆注。實施例4合金成分(重量百分比)5.0%A1、2. 5%Sr、0. 4%Sb、0. 8%Cd、0. 08%Ti，其余為 Mg，控制雜質元素Si ( 0. 02%, Fe ( 0. 005%, Cu ( 0. 015%, Ni ( 0. 002%。在熔劑和氣體保護熔煉條件下，將工業純鎂和工業純鋁放入坩堝內，當爐內溫度升至710°C，保溫一段時間，待鎂錠等完全熔化后，用鐘罩將Mg-Sr中間合金、純銻和純鎘壓入鎂合金熔體，等其熔解后取出鐘罩，攪拌混合均勻并繼續升溫至750°C，加入精煉劑精煉鎂合金熔液10分鐘后加入Al-Ti中間合金，靜置10分鐘后澆注。上述各實施例中得到的合金力學性能如表I所示。表I
權利要求
1.ー種汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁3.5 5. 5%,鍶 I. 5 2. 5%,銻 O. 2 O. 4%,鎘 O. 2 O. 8%,鈦 O. 04 O. 08%,其余為鎂。
2.根據權利要求I所述的汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于其成分的重量百分配比為鋁5. 0 5· 5%,鍶2. 0 2· 5%,銻O. 2 O. 25%,鎘O. 2 O. 25%,鈦O. 04 O. 06%,其余為續。
全文摘要
本發明公開了一種汽車發動機缸體用耐熱耐蝕鎂合金，其成分的重量百分配比為鋁3.5~5.5%，鍶1.5~2.5%，銻0.2~0.4%，鎘0.2~0.8%，鈦0.04~0.08%，其余為鎂；本發明通過Sb、Cd和Ti的合金化在改善Mg-Al-Sr合金力學和耐熱性能的基礎上，大幅度地提高合金的耐蝕性能。
文檔編號C22C23/02GK102703786SQ20121021947
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者劉子利, 劉希琴, 朱曉春, 李健, 李娟 申請人:江蘇中翼汽車新材料科技有限公司