[發(fā)明專利]一種高強度鑄造鎂合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103849798B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛萍莉;劉正;王峰;林立
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C23/04;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍,周楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬領(lǐng)域，特別涉及一種新型高強度耐沖擊鎂合金及其制備技術(shù)。

背景技術(shù)

鎂及其合金是迄今在工業(yè)中應用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有重量輕、密度小、強度高、剛性好、壓鑄性能好、降低噪音、電磁屏蔽性和減震性好、可循環(huán)利用等特性。被材料專家譽為本世紀最具有開發(fā)和應用潛力的綠色工程材料。由轎車運動阻力方程可知，大約油耗的75%與汽車整車質(zhì)量有關(guān)，滾動阻力對油耗貢獻約35%，加速阻力和爬坡阻力對油耗貢獻約40%，空氣阻力對油耗的貢獻僅為25%，空氣阻力與汽車整備質(zhì)量并無關(guān)聯(lián)。可見，降低整車質(zhì)量是降低車的油耗的十分重要的措施。由于鎂的比重只有1.74kg/cm3，比鋁（2.7kg/cm3）輕三分之一，因此擴大鎂合金在汽車上的應用是汽車輕量化的重要途徑。值得重視的是，雖然我國目前在鎂工業(yè)方面擁有“資源第一、產(chǎn)量第一、出口量第一”的三項“世界冠軍”，可是受到現(xiàn)有鎂合金性能的約束，鎂合金在汽車上的用量（平均3Kg）遠沒有達到人們期待的水平。鎂合金在汽車上的應用主要是那些室溫下強韌性要求不高且易于壓鑄成形的非結(jié)構(gòu)件（如殼類件），而這些零件在整車中所占重量比是十分有限的。基于德國大眾公司等預測，今后每臺車上可達到用鎂合金185公斤的目標，這就要求必須實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件(包括發(fā)動機支架、方向盤骨架、轉(zhuǎn)向柱支架、座椅骨架、輪轂等部件)的鎂合金化，由此對鎂合金的性能也提出了更高要求。針對這些零件，除了要滿足成形性要求外，更重要的是材料要具有高強韌性，能減震并達到零件受沖擊時不會輕易斷裂。可是，現(xiàn)有的鎂合金其強韌性都不能完全滿足其技術(shù)要求，且現(xiàn)有的AZ及AM系變形鎂合金由于其強烈的各向異性及拉壓不對稱性，限制了其在耐沖擊部件方面的應用。這使得鎂合金在汽車上的用量和應用水平都受到了較大的限制，因此能否開發(fā)出新型的高性能鎂合金，將是對鎂合金擴大用量和提升技術(shù)水平的一項嚴峻的挑戰(zhàn)。

本發(fā)明致力于研究一種新型高強度耐沖擊鑄造鎂合金，使其具有優(yōu)良的耐沖擊性能，可應用于制備汽車前端等需要耐沖擊的部件。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

本發(fā)明是一種高強度耐沖擊鑄造鎂合金及其制備方法，其目的在于通過在鎂熔體中添加Al、Zn、Mn、Sn、Sr和Ca等元素，使其強度及韌性提高，從而提高其耐沖擊性能的方法研制出一種高強度的耐沖擊鑄造鎂合金。

技術(shù)方案：

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種高強度鑄造鎂合金，其特征在于：鎂合金的化學組成及質(zhì)量百分比為：Al：4~8wt%，Zn: 5~9wt%，Sn: 0~2wt%，Sr：0~0.5wt%，Ca: 0~2wt%，雜質(zhì)元素Si≤0.02，F(xiàn)e≤0.003，Ni≤0.003，Cu≤0.003，余量為Mg。

合金的化學組成中Sn+Ca≤3wt%。

一種如上所述高強度鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于：按上述比例配料，其熔煉及澆注過程如下：

（1）將坩堝預熱至300℃，通入體積分數(shù)為（0.6%的SF6+99.4的N2）混合保護氣體，將事先稱量好并經(jīng)過預熱的的純鎂放入坩堝，調(diào)節(jié)溫度至690℃，待其完全熔化后升溫到 720℃；

（2）加入經(jīng)過200℃預熱的純Al，純Zn，純Sn；

（3）加入經(jīng)過200℃預熱的Mg-30%Ca中間合金和Al-90%Sr中間合金；

（4）待合金全部融化后，進行機械攪拌，使合金充分熔化及均勻化；

（5）采用超聲攪拌100s，細化晶粒；

（6）保溫20min，斷電澆鑄至經(jīng)過200℃預熱的不銹鋼模具中，得到高強度鑄造鎂合金；

整個熔煉過程要嚴格控制爐溫且在保護氣體中進行，避免氧化。

合金在鑄造之后需要固溶+時效處理。

合金的固溶溫度為380℃，固溶時間為8-12小時。

合金在固溶之后需要時效，時效溫度為180℃，固溶時間為10-15小時。

優(yōu)點及效果：

本發(fā)明是一種高強度鑄造鎂合金及其制備方法，具有如下優(yōu)點：

鎂合金室溫抗拉強度、屈服強度和伸長率分別為220~250MPa、120~140 MPa、6~9%。

本發(fā)明合金的熱處理在很大程度上影響合金的力學性能。本發(fā)明的合金經(jīng)過固溶+時效處理之后力學性能得到了進一步提高。

本發(fā)明的熱處理步驟為：將鑄態(tài)合金在380℃固溶8-12小時，然后在180℃時效10-15小時。

本發(fā)明的合金經(jīng)過固溶+時效處理之后的力學性能為：抗拉強度≥260MPa，屈服強度≥140MPa，延伸率≥7%。