[發(fā)明專(zhuān)利]一種高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210475881.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102978497A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊院生;王晶;董旭光;劉瑞東;羅天驕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C22C23/04
• 分類(lèi)號(hào): C22C23/04;C22C1/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料鎂合金領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如比強(qiáng)度、比剛度高，鑄造性能好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性好，切削加工性能優(yōu)良，同時(shí)易于回收再利用，這些特點(diǎn)使鎂合金在電子、汽車(chē)和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

目前，在現(xiàn)有鎂合金的應(yīng)用中，鑄造鎂合金的占有量達(dá)到90%，主要用于汽車(chē)工業(yè)。使用量最大的商業(yè)鑄造鎂合金包括AZ91D、AM60B、AS41和AE42等，這些鎂合金用于制備變速箱殼體、氣冷汽車(chē)引擎和儀表板等一般零部件。然而，隨著鎂合金在汽車(chē)上應(yīng)用的不斷拓展，一些重要位置上的承重結(jié)構(gòu)件，例如前置架支撐組件、轉(zhuǎn)向架和輪轂等，也希望使用鑄造鎂合金制備。但是，以上商用鑄造鎂合金抗拉強(qiáng)度普遍低于260MPa，其強(qiáng)度不足以滿(mǎn)足承重件的性能要求。因此提高鑄造鎂合金強(qiáng)度使其具有良好的綜合力學(xué)性能，是新型鑄造鎂合金的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一。

高強(qiáng)度鑄造鎂合金性能提升主要依靠合金元素產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用，其中通過(guò)時(shí)效處理產(chǎn)生的析出強(qiáng)化是提高鑄造鎂合金強(qiáng)度最重要的手段。稀土元素（RE）和Zn元素可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化效果，因此研究較廣的高強(qiáng)度鑄造鎂合金主要有Mg-RE系和Mg-Zn系。前者以Mg-Y-Nd-Zr系鑄造鎂合金和Mg-Gd-Y-Zr系鑄造鎂合金為代表，合金時(shí)效處理后屈服強(qiáng)度普遍高于200MPa，抗拉強(qiáng)度高于300MPa。然而，Mg-RE系鑄造鎂合金往往含有大量重稀土元素，價(jià)格昂貴，制備成本極高，主要用于軍用和航空航天領(lǐng)域，一般不用于民用。Mg-Zn系鑄造鎂合金以低成本和高強(qiáng)度的特點(diǎn)而備受關(guān)注，ZK61鑄造鎂合金是典型的商業(yè)高強(qiáng)鎂合金，成本明顯低于一般稀土鎂合金，且時(shí)效處理后抗拉強(qiáng)度可達(dá)275-305MPa。雖然如此，但該合金中含有Zr元素，Zr元素添加困難，成本也相對(duì)較高。此外，ZK61鎂合金室溫延伸率僅為4-7%，不適宜制備高性能結(jié)構(gòu)件。

因此，開(kāi)發(fā)一種低成本不含Zr，同時(shí)具有高強(qiáng)度和高塑性的鑄造Mg-Zn系列合金對(duì)拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金及其制備方法，其目的是制備出屈服強(qiáng)度≥205MPa，抗拉強(qiáng)度≥305MPa，延伸率≥10%的高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施的：

一種高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金，合金各組分及其重量百分比為：

6.0~8.0%Zn、0.5~1.5%Al、0.5~1.0%Cu、0.3~0.7%Mn，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素含量＜0.01%。

所述的高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金，鎂合金的室溫拉伸屈服強(qiáng)為205~230MPa，鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度為305~330MPa，鎂合金的室溫延伸率為10~16%。

所述的高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金，Mn以Mg-Mn中間合金（Mg90wt.%、Mn10wt.%）的形式加入，Zn、Al和Cu以純Zn、純Al和純Cu的方式來(lái)加入。

所述高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

（1）配料：原料采用金屬M(fèi)g、金屬Zn、金屬Al、金屬Cu和Mg-10wt.%Mn中間合金，按照所述的重量百分比配料；

（2）熔煉：采用鐵坩堝，在電阻爐中熔煉，控制熔煉溫度為740~760℃，采用混合CO₂和SF₆作為保護(hù)氣體；原料在180~220℃預(yù)熱，首先加入金屬M(fèi)g，待金屬M(fèi)g全部熔化后，加入金屬Cu，熔煉10~20分鐘，后加入Mg-Mn中間合金，熔煉10~20分鐘，最后加入金屬Zn和Al，熔煉5~15分鐘，得到合金熔體；

（3）澆注：將得到的合金熔體攪拌扒渣并靜置15~20分鐘后，溫度調(diào)到700~720℃，按Mg-Zn系鑄造鎂合金要求快速平穩(wěn)澆注，得到鑄錠；

（4）熱處理：將步驟（3）得到的合金在350~400℃固溶處理24~64小時(shí)，40～60℃溫水淬火，之后在50~70℃預(yù)時(shí)效8~24小時(shí)，最后在150~200℃時(shí)效2~6小時(shí)，得到高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金。

澆注時(shí)，在正常鑄造工藝下，模具采用金屬型或砂型，鑄造方法采用半連續(xù)鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明制備的高強(qiáng)高韌鑄造鎂合金，在室溫拉伸測(cè)試下，屈服強(qiáng)度≥205MPa，抗拉強(qiáng)度≥305MPa，延伸率≥10%，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。