[發明專利]一種含錫與鋅的高強韌性鎂合金及其制備方法

無效

• 申請號: 200910011280.5
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101871066A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 楊院生;周吉學;王杰;王晶;童文輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/04;C22C1/06;C22F1/06;B22D21/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及一種新型含錫(Sn)與鋅(Zn)的高強韌性鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領域。

背景技術

鎂合金作為一種新型金屬材料，以其密度小、比強度和比剛度高等優點，在航空航天、汽車以及電子產品等領域獲得了廣泛應用。目前，鎂及鎂合金的需求量每年以20％的速率增長，被譽為是“二十一世紀的綠色工程材料”。

目前，商用鎂合金基本上可以分為鑄造鎂合金與變形鎂合金兩大類。在鑄造鎂合金中，AZ系列應用最廣泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。但是AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問題，而AM60/50合金則存在強度不高的缺陷。

為了適應市場需求，進一步擴大鎂合金的應用范圍，在低成本前提下，同時提高合金強度與韌性是關鍵所在。盡管許多科研工作對現有的鎂合金進行了晶粒細化、微合金化等研究，但是應用性不理想。因此設計開發一種低成本、高強高韌鎂合金是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型含錫與鋅的高強韌性鎂合金及其制備方法，通過合理選擇合金化元素，解決現有技術中AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問題，以及AM60/50合金存在強度不高的缺陷。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種含錫與鋅的高強韌性鎂合金，其組分及重量百分比為：

Sn：1-5％，Zn：4-6％，剩余部分為鎂和不可避免的雜質。

本發明確定合金成分的設計思想是：

(1)采用Sn作為第一組分，Sn在共晶溫度561℃時的固溶度為14.85％，而在200℃時固溶度為0.45％，因此Sn在鎂中具有良好的固溶強化效果；同時含Sn鎂合金中形成的Mg₂Sn熔點高(770℃)，分布彌散，具有強化作用，因此合金中加入1-5％Sn，最優重量百分比為5％。

(2)本發明合金中加入4-6％Zn，Zn具有固溶強化與時效硬化雙重作用，同時合金中加入Zn可以提高合金塑性。

(3)本發明形成的合金晶粒較小，合金強度與塑性較高。

本發明優選配方(重量百分比)為：5％Sn，5％Zn，剩余部分為鎂和不可避免的雜質。

本發明制備工藝如下：熔煉過程在氣體保護下進行，將工業純美熔化后，分別加入純Sn、純Zn，等合金元素完全溶解后，采用鎂合金熔煉常用的精煉劑(如RJ-2熔劑，加入量占熔體重量的1％)精煉，保溫除渣后進行鑄造，具體步驟如下：

1)先將純Mg、純Zn在150-200℃預熱20-30分鐘，將純Sn在100-150℃預熱20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑以及模具在150-200℃預熱30-60分鐘；

(2)將純Mg在CO₂與SF₆混合氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720℃時，向熔體中加入預熱純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750℃加入精煉劑進行精煉，在730-750℃保溫20-30分鐘后降溫至700-730℃；

(3)撇去浮渣后，在CO₂與SF₆混合氣體保護下進行澆鑄成型。

本發明的熱處理方式分為固溶(T4)處理或固溶+時效(T6)組合處理兩種：

(1)固溶(T4)處理

固溶處理溫度為380-400℃，固溶處理時間為4-12小時，水淬至室溫；

(2)固溶+時效(T6)組合處理

先在380-400℃固溶處理4-12小時后，水淬至室溫；然后在175-225℃下時效12-24小時，空冷至室溫。

其中，固溶處理在保護氣氛下進行，保護氣氛為CO₂與SF₆混合氣體。

由于固溶處理后，合金中合金元素固溶度增加，析出相減少，從而使得合金抗拉強度與延伸率提高；經過固溶時效后，由于時效強化效果，合金屈服強度明顯提高，延伸率有所降低。

所述CO₂與SF₆混合氣體中，SF₆體積分數為0.5％。

所述澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。

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，該發明熔煉工藝簡單，生產效率高，合金成本低，合金組織均勻，具有高的抗拉強度與塑性。