專利名稱：一種高塑性鑄造Mg-Sn-Zn-Al系鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低成本、高塑性鑄造鎂合金，屬于輕金屬鎂合金材料類。
背景技術：
鎂合金作為目前實際應用中最輕的金屬結構材料，它具有比強度、比剛度高，電磁屏蔽性能好，良好的切削加工性及充型流動性等優點，早已引起航空航天、通訊設備、汽車工業等相關領域的關注。然而，鎂合金晶體結構為密排六方，室溫變形時只有單一的滑移系，塑性變形能力較差，因此在很大程度上限制了鎂合金的應用。在目前常用的鑄造鎂合金系列中，AZ系(如AZ91)鎂合金的室溫力學性能最好，但由于鎂合金本身密排六方晶體結構的特性，使其塑性較差，不具備塑性和強度的良好配合。專利200610045693. 1給出了獲得高強韌Mg-Al-Si基鎂合金的方法，但該方法的工藝相對較復雜，生產成本較高，不利于大范圍推廣使用。專利200910011280. 5和200910011283. 9分別提供了一種含Sn、Zn和含 SruAl的高強度高塑性鎂合金及其制備方法，雖然該方法工藝簡單，但合金的塑性并未得到顯著改善，鑄態下合金的室溫延伸率為1廣16%。此外，由于Mg-Si合金的液固溫度范圍較大 (283°C)，當合金中的Si含量較多時，合金的鑄造質量將受到影響；而合金中的Al含量過多時，Al元素易于Mg結合形成粗大的β-Mg17Al12相，呈連續或半連續的網狀沿晶界分布，導致合金塑性的降低。目前，改善鎂合金塑性變形能力的另一種方法是通過塑性加工方式生產型材，但是研究和開發高強韌變形鎂合金的成本較高，在一定程度上阻礙了鎂合金的發展。因此，為了滿足市場需求，擴大鎂合金的應用范圍，急需開發出一種生產工藝簡單，成本低廉，具有較好的塑性，綜合力學性能優異的新型鎂合金。

發明內容
本發明的目的在于改善現有鑄造鎂合金塑性變形能力較差的問題，提供一種成本低廉、工藝簡單、塑性良好、綜合力學性能優異的新型鎂合金。通過合理的成分選擇與優化， 解決目前鎂合金塑性較差的問題。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。一種高塑性鑄造鎂合金，其組分和質量百分含量為Sn :2. (Γ7. Owt. %，Zn 0. 5飛.Owt. %，Al 0. 5飛.Owt. %，其余為鎂和不可避免的雜質。在Mg-Sn-Si-Al合金中不排除加入其他少量合金元素(小于Iwt. %)，如Mn、Ca、Zr、Si、Ba、RE等。本發明確定合金成分的設計思路。(1)采用Sn元素作為第一組元，Mg-Sn合金的液固凝固區間較窄(最大的液固溫度范圍是67°C)，Mg-Sn合金在凝固過程中形成的疏松、熱裂等鑄造缺陷較少，合金的鑄造性能較好；隨著溫度的降低，Sn在Mg中的固溶度從共晶溫度(561°C )的14. 85wt. %下降到 0. 45wt. % (200°C)，因此Mg-Sn合金可通過固溶時效處理方法進一步改善合金的綜合力學性能；另外，在Mg-Sn 二元合金中可形成熔點高達771. 5°C的Mg2Sn相，該相熱穩定性較好，可在一定程度上提高材料的高溫性能。(2) Α1、&ι是目前商用鎂合金中最常用的合金元素，它們不僅價格低廉，同時在Mg 中也存在較大的固溶度，且固溶度隨溫度的降低而顯著下降，其中Al在共晶溫度下的飽和溶解度為12. 7wt. %,Zn在Mg中的最大固溶度為6. 2wt. %，因此Al和Si對鎂合金都具有固溶強化和時效強化的效果。在單獨添加Si或Al元素時，會存在各自不同的問題，如合金鑄造性能較差、易出現熱裂和疏松、塑性欠佳等。而通常情況下，Si和Al元素是通過復合添加的方式來改善鎂合金力學性能的(如AZ系鎂合金)，只要合金中Si和Al的添加比例適當， 就能有效改善合金的鑄造性能和綜合力學性能。本發明高塑性鑄造鎂合金的制備實施方法包括如下步驟。1)將鎂錠、錫錠、鋁錠和鋅錠按照目標合金中組分含量的質量百分比進行配料，并放入烘干箱中預熱至120°c左右。2)將坩堝加熱至760°C，放入步驟1)中預熱的鎂錠，通入隊和SF6混合氣體保護。3)待步驟2)中的鎂錠熔化后，將溫度調至730°C，保溫5分鐘后放入步驟1)中預熱的錫錠、鋁錠和鋅錠。4)步驟3)保溫15分鐘，保證加入的合金充分熔化后，再充分攪拌廣2分鐘，以保證合金液充分混合。5)攪拌后靜置15分鐘以上后測溫，保證合金液溫度穩定在720°C左右，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中。即得到目標合金。步驟2)所述的N2和SF6混合保護氣體中SF6的體積分數為0. 01°/Γ %。步驟5)所述的金屬型模具預熱至24(T260°C。本發明的優點及有益效果如下。1、與現有鎂合金相比，本發明具有實質性特點和顯著進步，該發明生產工藝簡單、 生產效率高、合金成本相對較低。2、本發明合金在鑄態條件下，抗拉強度可達到21(T240MPa，延伸率可達到 1壙22%，具有較高的強度和良好的塑性，不需要熱處理，易于推廣應用。


圖1為本發明合金實施例1的鑄態組織圖(SEM)。圖2為本發明合金實施例2的鑄態組織圖(SEM)。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步詳細說明。實施例1 一種含Sn、Zn、Al元素的高塑性鑄造鎂合金，合金成分為3wt. %Sn， 1. 5wt. %Zn，1. 5wt. %A1，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。首先，將純Mg、純Sn、純Si和純Al在烘干箱中預熱至120°C左右；然后，將純Mg在N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730 °C，放入純Sn、純Si和純Al，保溫15分鐘后，進行攪拌，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置 15分鐘，待合金熔液溫度穩定在720°C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到 Mg-3wt. %Sn-l. 5wt. %Zn_l. 5wt. %A1合金。本實施例合金的抗拉強度為207MPa，延伸率為
實施例2 —種含Sn、Zn、Al元素的高塑性鑄造鎂合金，合金成分為5wt. %Sn， 3wt. %Zn，2wt. %A1，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。首先，將純Mg、純Sn、純Si和純Al在烘干箱中預熱至120°C左右；然后，將純Mg在N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730 °C，放入純Sn、純Si和純Al，保溫15分鐘后，進行攪拌，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置 15分鐘，待合金熔液溫度穩定在720°C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到 Mg-5wt. %Sn-3wt. %Zn_2wt. %A1合金。本實施例合金的抗拉強度為237MPa，延伸率為18. 4%。
權利要求
1.一種高塑性鑄造Mg-Sn-ai-ΑΙ系鎂合金，其特征在于，該合金的化學成分為 Mg-zSn-jZn-zAl，2. Owt. % ^ χ ^ 7. Owt. %、0· 5wt. K γ ‘ 6. Owt. %、0· 5wt. % 彡 ζ 彡 6· O wt. %，且 1. Owt. % ( y+z ( 7. Owt. %，其余為 Mg。
2.根據權利要求1所敘述的一種高塑性鑄造Mg-Sn-Si-Al系鎂合金，其特征在于合金中含有質量百分比為0. 001% 1%的微量合金元素，如Mn、Ca、Zr、Si、Ba、RE。
3.根據權利要求1所敘述的一種高塑性鑄造Mg-Sn-Si-Al系鎂合金，其特征在于合金中含有不可避免的雜質，如Cu、Ni、Fe、Be。
全文摘要
本發明涉及的是一種低成本、高塑性鑄造Mg-Sn-Zn-Al系鎂合金。該系列合金的化學式及具體化學成分為Mg-xSn-yZn-zAl，其中2.0wt.%≤x≤7.0wt.%、0.5wt.%≤y≤6.0wt.%、0.5wt.%≤z≤6.0wt.%，且1.0wt.%≤y+z≤7.0wt.%，其余為Mg。本發明具有實質性特點和顯著進步，在室溫鑄態條件下，該系列合金的抗拉強度可達到210~240MPa，延伸率可達到18~22%，具有較高的強度和良好的塑性，不需要熱處理，制備工藝簡單、可靠，易于推廣應用。
文檔編號C22C23/00GK102337437SQ20111026931
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者唐永柏, 王卿, 肖素芬, 陳云貴 申請人:四川大學