一種高強度的鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金領域，更具體地，涉及一種一種高強度的鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在汽車工業中，汽車節能、環保、安全舒適、電子化是汽車市場的剛性追求，也是技 術發展的必然趨勢，而輕量化是其中應有之義。汽車輕量化設計是指在保證汽車產品使用、 安全等性能和成本控制的前提下，依靠材料輕量化、設計技術輕量化和制造技術輕量化的 有機結合。無論汽車采用什么能源，輕量化是實現高速、安全、環保、舒適的最佳途徑。研究 數據表明，汽車質量每下降10%，能耗約下降3%~5%，換句話說，汽車重量每減少100kg，百公 里油耗可下降0. 3~0. 5升，由此既能節省用戶成本，又有利于減少尾氣排放，起到環保的作 用。
[0003] 鎂合金是迄今為止最輕的金屬結構材料，其密度僅相當于鋁的2/3,鋼的1/4,使 其擁有很高的比強度及比剛度。另外，鎂合金還具有良好的阻尼減震性、機械加工性、尺寸 穩定性和易回收等特點，使其被廣泛運用于汽車制造、3C產業和航空航天等方面。與此同 時，我國儲藏豐富的鎂資源，為我國鎂工業的可持續發展提供了物質保證。
[0004]因此，鎂合金材料將是汽車輕量化的一個重要技術選擇方向。
[0005]目前，汽車市場上已使用的鎂合金配件主要是非承重件，如汽缸蓋、油底殼和座椅 等，在承重件方面，還未發現鎂合金被廣泛運用于汽車市場上。究其原因，主要是鎂合金的 強度不能滿足汽車承重件的要求。考慮到汽車配件的復雜性，較多配件均需要使用壓鑄的 成型工藝。綜上因素分析，汽車市場上亟待開發一種低成本高強高韌壓鑄鎂合金。
[0006] 通過文獻檢索，得到以下文獻與本發明最為接近： 文獻1 :《一種高強高韌性鑄造鎂合金》【申請號】200710019465. 1，涉及到一種Mg-Al-Y-Ca鑄造鎂合金。
[0007] 文獻2 :《一種高強度耐熱壓鑄鎂合金及其制備方法》【申請號】200710011019. 6,涉 及到一種Mg-Al-Y-Ca壓鑄鎂合金。
[0008] 從上述文獻及其他相關文獻中了解到：目前對鎂合金材料的研究主要在于提高合 金的強韌性以及耐熱性能。針對上述技術難題，常用的解決方法是通過添加微量元素細化 Mg-ΑΙ系合金的晶粒提尚材料的強初性能，并減少Mgl7A112低溫相從而提尚材料的耐熱性 能。
[0009] 根據上述專利文獻1中的合金成分為（按重量百分比）：5. 0-6. 0%A1，1. 0-2.0%Ca， 0. 15-0. 25%Ti，0. 5-1. 0%Y，余量為Mg，通過熔煉、澆鑄成型。
[0010] 根據上述專利文獻2中的合金成分為(按重量百分比）：A18. 5-9. 5%，0. 4-0. 9Zn， 0· 1-0. 4Mn，CaO.5-1. 5%，Υ0· 5-1. 5%，雜質元素Si彡 0· 02,Fe彡 0· 003,Ni彡 0· 003， Cu彡0· 003,余量為Mg。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在于獲得一種組織致密、強度高，鑄造成型性能好的鎂合金。
[0012] 根據以上目的，首先提供一種高強度的鎂合金，其特征在于，按重量百分比記，包 括以下的組分：Α1 6. 0~7· 5%，Μη0· 15~0· 5%，Ca1. 5~2· 3%，Sr0· 3~0· 8%，Y0· 1~0· 3%，雜 質元素Be彡 0· 1%，Cu彡 0· 03%，Ni彡 0· 002%，Fe彡 0· 005%，Si彡 0· 005%，其余為Mg。
[0013]優選的，包括以下的組分：Α1 6· 3~7· 9%，Μη(λ15~0· 3%，CaL8~2· 0%，Sr 0. 3~0. 8%,Υ0. 1~0. 3%〇
[0014] 根據需求再提供一種上述的高強度的鎂合金的制備方法，包括以下步驟， 51. 將金屬Mg、金屬Al、Mn、Ca、Mg-Y和Mg-Sr進行預熱； 52. 將預熱好的金屬Mg、Μη和Mg-Ca在保護氣體下熔煉，得到鎂合金中間液； 53. 將S2所述的的鎂合金中間液和S1所得的預熱好的金屬Al、Mg-Y和Mg-Sr進行合 金化，得鎂合金液， 54. 將S3所得的鎂合金液壓鑄，即得鎂合金。
[0015]S2所述的熔煉的溫度為720~760°C，所述的保護氣體為隊和SF6的混合氣體，其 中，隊的流量為 0. 8~1. 8m3/H，SF6的流量為 0. 25~0. 65ml/min。
[0016]S3所述的合金化的加料順序依次是Mg-Sr、Mg-Y和金屬A1，加料的溫度為 700~730°C，加料間隔為 5~10min。
[0017] 所述的Μη為Μη粉末或Mg-Mn;所述的Ca為Ca粉末或Mg-Ca。
[0018] 將S3所得的鎂合金液依次進行攪拌，保溫，第一次打渣，精煉，降溫，靜置，第二次 打渣。
[0019] 所述的加料溫度均為700~730°C，加料間隔時間為5~10min;所述的攪拌溫度為 700~730°C，攪拌時間為10~25min;所述的保溫的溫度為700~730°C，保溫時間為15~30min; 所述的精煉溫度為680~720°C，精煉時間為10~30min，Ar流量為0. 1~0. 5m3/H;所述的靜 置溫度為670~700°C，靜置時間為20~60min。
[0020] S4所述的壓鑄的溫度為670~710°C。
[0021] 所述的金屬Mg的純度不低于99. 7%。
[0022] 本發明具有以下優點： 1.本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金具有高強度，尤其是在屈服方面比較 突出，常溫下抗拉強度為263Mpa(較AZ91D高5%)，屈服強度為196. 5Mpa(較AZ91D高16%)， 延伸率為7% (與AZ91D相同)，克服了常規鎂合金（AZ91D)力學性能低的缺陷，可用于汽車 承重件及3C產業承重件的產品運用。
[0023] 2.本發明使用的稀土含量極少，大大降低合金的生產成本。
[0024] 3.Ca的質量含量優選為1. 8~2. 0%，其通過變質作用細化合金晶粒，顯著提高 合金的屈服強度，同時氧化生成的CaO和MgO薄膜起到阻燃效果；Μη的質量含量優選為 0. 15~0. 30%，其主要作用是降低了有害雜質元素Fe的含量；Υ的質量含量優選為0. 1~0. 2%， 其通過變質作用明顯細化合金晶粒，綜合提高材料的拉伸性能。
[0025] 為了更合理的說明本發明，進行以下論述。
[0026] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中，A1的質量含量優選為6. 3~6. 9%， 其提高了鎂合金的力學性能和鑄造性能。在本發明中，所述A1優選以金屬形式添加；當以 金屬A1添加時，所述金屬A1的純度優選為不低于99. 7% ;在本發明中，金屬A1的燒損率優 選按照8%計算。
[0027] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中，Μη的質量含量優選為 0. 15~0. 30%，其主要作用是降低了有害雜質元素Fe的含量。在本發明中，所述Μη優選為純 Μη粉或Mg-Mn的形式添加；當以Mg-Mn的形式添加時，所述Μη在Mg-Mn中間合金中的質量 含量優選為3~5% ;在本發明中，所述Mg-Mn中間合金需要優先預計0. 15%的除鐵使用量，燒 損率優選按照4%計算。
[0028] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中，Ca的質量含量優選為1. 8~2. 0%， 其通過變質作用細化合金晶粒，顯著提高合金的屈服強度，同時氧化生成的CaO和MgO薄 膜起到阻燃效果。在本發明中，所屬Ca優選以金屬Ca或Mg-Ca中間合金形式添加；當以 Mg-Ca中間合金形式添加時，所述Ca在Mg-Ca中間合金中的質量含量優選為18~22% ;在本 發明中，所述Mg-Ca中間合金的燒損率優先按照20%計算。
[0029] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中，Sr的質量含量優選為 0. 35~0. 65%，其改善了合金的流動性及綜合力學性能。在本發明中，所述Sr優選以金屬Sr 或Mg-Sr中間合金形式添加；當以Mg-Sr中間合金形式添加時，所述Sr在Mg-Sr中間合金 中的質量含量優選為18~22%;在本發明中，所述Mg-Sr中間合金的燒損率優選按照20%計 算。
[0030] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中，Y的質量含量優選為0. 1~0. 2%， 其通過變質作用明顯細化合金晶粒，綜合提高材料的拉伸性能。在本發明中，所述Y優選以 金屬Y或Mg-Y中間合金形式添加；當以Mg-Y中間合金形式添加時，所述Y在Mg-Y中間合 金中的質量含量優選為23~27%;在本發明中，所述Mg-Y中間合金的燒損率優選按照25%計 算。
[0031] 本發明提供的低成本高強堿土及稀土鎂合金中還含有余量的Mg，所述Mg以金屬 Mg的形式添加，所述金屬Mg的純度優選為不低于99. 7%。
[0032] 本發明還提供了一種上述技術方案所述低成本高強堿土及稀土鎂合金的制備方 法，包括以下步驟： 1) 將金屬Mg、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料預熱； 2) 將預熱好的金屬Mg、Mg-Mn和Mg-Ca在保護氣體下熔煉，得到中間鎂合金液； 3) 將所述步驟（2)中得到的鎂液進行合金化，得到鎂合金液； 4) 將所述步驟（3)中得到的鎂合金液進行攪拌、保溫及打渣，得到均勻化的鎂合金液； 5) 將所述步驟（4)中得到的鎂合金液進行精煉、降溫、靜置及打渣，得到純凈且均勻化 的鎂合金液； 6) 將所述步驟（5)中得到的鎂合金液進行壓鑄，得到鎂合金試樣。
[0033] 本發明將金屬Mg、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料進行預熱。本 發明對所述的預熱操作沒有特殊限制，采用本領域技術人員常用的預熱技術方案即可。本 發明優選在烤箱中進行預熱。在本發明中，所述預熱溫度優選為300~330°C，更優選為 310~320°C;所述預熱時間優選為0. 5~1. 5H，更優選為1. 0~1. 5H。在本發明中，所述預熱作 用是除去金屬Mg、金屬Al、Mg-Mn、Mg-Ca、Mg-Y和Mg-Sr合金原料中的水分，降低合金加入 熔體中爆炸的危險性，同時降低中間合金加入熔體時因溫差過大產生的燃燒的現象。
[0034] 本發明將預熱好的金屬Mg、Mg-Mn和Mg-Ca在保護氣體下恪煉，得到中間合金液。 本發明對所述的熔煉操作沒有特殊限制，采用本領域技術人員常用的熔煉技術方案即可。 在本發明中，優選對熔煉設備及操作工具進行預熱，所述預熱溫度優選為300~450°C，更優 選為390~410°C。在本發明中，所述熔煉溫度優選為720~760°C，更優選為725~735°C。在 本發明中，所述獲得的中間合金液的作用是減少純鎂的燃燒。在本發明中，所述熔煉過程 優選在保護氣體下進行；本發明中所述保護氣體優選為隊和SF6的混合氣體，N2的流量 優選為 〇. 8~1. 8m3/H，更優選為 0. 9~1. 1m3/H;SFj^流量為 0. 25~0. 65ml/min，更優選為 0. 3~0. 4ml/min。在本發明中，所述保護氣體的作用是保護鎂合金液不受氧化。
[0035] 本發明將中間鎂合金液進行合金化