專利名稱：一種MgAlSi系耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種MgAlSi系適用于鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，以汽車為代表的交通工具需要通過(guò)減輕車身的重量，來(lái)進(jìn)一步研發(fā)燃料利用率更高的新產(chǎn)品。在汽車制造業(yè)中，鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬材料，被汽車制造廠家用來(lái)替代傳統(tǒng)的鑄鐵，以實(shí)現(xiàn)減輕車身重量的目的。
目前，國(guó)產(chǎn)MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號(hào)有YM102、YM103、YM104、YM105、YM106 ;美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM B的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號(hào)有AS21A、AS21B、AS41A、AS41B ;日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號(hào)有MDC6、MDC3B ;歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號(hào)有 EN-MC21310、EN-MC21320。這些牌號(hào)的合金具有流動(dòng)性、鑄造性能優(yōu)良的特點(diǎn)，被廣泛用于金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、砂型鑄造等鑄造形式，并且由于含有較多合金元素Si，晶界處有部分Mg2Si相代替了 Mg17Al12相的位置，相對(duì)于AZ系和AM系鎂合金，其高溫性能有所提高，MgAlSi系壓鑄鎂合金適合于150°C以下的工作場(chǎng)合。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題由于上述 MgAlSi系鎂合金的合金組織中β相仍然以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點(diǎn)較低，使得現(xiàn)有 MgAlSi系鎂合金無(wú)法適應(yīng)150°C以上的高溫，因而無(wú)法應(yīng)用在150°C以上的高溫環(huán)境中，使得汽車上的很多部件如變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋等都不適合采用現(xiàn)有MgAlSi系鎂合金制造。 發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有良好力學(xué)性能的MgAlSi系耐熱鎂合金。所述技術(shù)方案如下
一種MgAlSi系耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、S1、Mn、稀土(RE)及Nb組成，其重量百分組成為 Al1. 8 % -10 Si O. 5 % -2. 5 %, Mn O. 05 % -O. 7 %、稀土 O. 0002% -16%, NbO. 0002% _4%，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(yōu)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(yōu)選，其重量百分組成為Al1. 8% -2. 5%, Si O. 7% -1. 2%,Mn O. 05% -O. 7%, Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% _1%，其余為 Mg。
優(yōu)選，其重量百分組成為Al 3. 5% -5%,Si O. 5% -1. 5%,Mn O. 18% -O. 7%,Gd O. 1% -2%, Nb O. 05%-1%，其余為 Mg。
更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 2.2%、Si 1%,Μη 0.2%、Gd 0.5%、Nb 0.2%，其余為Mg。
更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 4. 6%,Si O. 5%, Mn O. 4%,Gd O. 5%, Nb O. 2%,其余為Mg。
其中，所述Nb通過(guò)AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是本發(fā)明提供的MgAlSi系鎂合金中，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(jié)構(gòu)，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動(dòng)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(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說(shuō)明如下
1、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金可通過(guò)以下三種熔煉工藝制作
工藝一按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、AlSi中間合金、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(dāng)加入的上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720V _780°C時(shí)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(cè)其熔煉質(zhì)量，如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理； 如果質(zhì)量合格，將所述合金 液調(diào)溫到700°C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)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(hù)氣體可以是氬氣，也可以是SF6,還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場(chǎng)銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
工藝二 按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在真空爐中加入鋁錠、AlSi中間合金、AlMn中間合金或Mn劑、AlNb中間合金或NbAl中間合金，升溫至820°C，保溫2-8小時(shí)，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720°C -780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測(cè)其熔煉質(zhì)量，如氣體含量的檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)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(hù)氣體可以是氬氣，也可以是 SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑、RE、Mn劑和中間合金為市場(chǎng)上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
工藝三照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量計(jì)算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在熔爐中加入標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)MgAlSi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(shí)采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C _780°C時(shí)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(cè)其熔煉質(zhì)量，如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到 7000C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。
本工藝中保護(hù)氣體可以是氬氣，也可以是SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；鎂合金覆蓋劑和中間合金為市場(chǎng)上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
2、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進(jìn)行熱處理，其它形式的鑄造件可進(jìn)行熱處理，一般采用T4固溶處理。本發(fā)明實(shí)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430°C，保溫10小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫40°C。
受熔煉過(guò)程選用原料的純度及熔煉、鑄造過(guò)程中其他一些不可避免的因素的影響，本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金鑄件會(huì)含有不可避免的雜質(zhì)，如Zn、Fe、Cu等，只要所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%，就不會(huì)對(duì)鎂合金的性能造成明顯影響。實(shí)施例1
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al1. 8%, Si O. 5%, Mn O. 05%, Y O. 0002%, Nb O. 0002%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例2
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用半固態(tài)鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 10%, Si 2. 5%, Mn O. 7%, Sm 16%, Nb 4%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例3
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，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Al 4%, Si O. 6%,Mn O. 06%, Nd 14%, Nb 3%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例4
按上述工藝二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. 8%,Si O. 7%, Mn O. 05%, La O.1 %, Nb O. 05%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 2. 5%, Si1. 2%, Mn O. 7%, Ce 4%, Nb 1%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例6
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2. 2%, Si 1%,Μη O. 2%, Gd O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例1
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. 2%, Si 1%,Μη O. 2%, Gd O. 3%, Tb O. 2%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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. 2%, Si 1%,Μη O. 2%, Tb O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 3. 5%,Si O. 5%, Mn O. 18%,Dy O.1 %, Nb O. 05%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 5%, Si1. 5%, Mn O. 7%, Ho 2%, Nb 1%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)施例11
按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過(guò)程中所使用的所述標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)壓鑄鎂合金為AS41A，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Al 4%, Si 1%> Mn O. 5%,Er l%,Nb 0.5%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 4. 6%, Si O. 5%, Mn O. 4%, Gd O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 4. 6%, Si O. 5%, Mn O. 4%, Gd O. 3%, Sc O. 2%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
實(shí)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 4. 6%, Si O. 5%, Mn O. 4%, Sc O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
對(duì)比實(shí)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 4.6%,Si 0.5%、Mn 0.4%,Gd O. 5%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的性能參見(jiàn)表I。
以上各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件均含有不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比<0.5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%。本發(fā)明提供的鎂合金適用于金屬模鑄造、高壓壓鑄、半固態(tài)鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、砂型鑄造等鑄造方式。
鑄件的力學(xué)性能測(cè)試在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參見(jiàn)表I。
表I各實(shí)施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種MgAlSi系耐熱鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、S1、Mn、稀土及 Nb 組成，其重量百分組成為 Al1. 8% -10%, Si O. 5% -2. 5%, Mn O. 05%-O. 7%、稀土0.0002% -16%, Nb O. 0002%-4%，其余為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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(jù)權(quán)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、Sm、 Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al1.8% -2. 5%, Si O. 7% -1. 2%,Mn O. 05% -O. 7%, Gd O. 1% -4%, Nb O. 05% _1%，其余為Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al3.5% -5%, Si O. 5% -1. 5%,Mn O. 18% -O. 7%, Gd O. 1% -2%, Nb O. 05% _1%，其余為 Mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al2.2%、Si 1%, Mn O. 2%, Gd O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al4.6%, SiO.5%, Mn O. 4%, Gd O. 5%, Nb 0.2%，其余為 Mg。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過(guò)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(fā)明公開(kāi)了一種MgAlSi系耐熱鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Al、Si、Mn、稀土及Nb組成，其重量百分組成為Al1.8％-10％、Si0.5％-2.5％、Mn0.05％-0.7％、稀土0.0002％-16％、Nb0.0002％-4％，其余為Mg。本發(fā)明通過(guò)在鎂合金中添加稀土及Nb元素，改變了β相的結(jié)構(gòu)，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機(jī)械加工性、流動(dòng)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(hào)C22C23/02GK102994838SQ20111026704
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者馮俊 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)