[發(fā)明專利]一種含銅的耐熱鎂錫合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310626666.3
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103602865A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃雪飛;張文征
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬結(jié)構(gòu)材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種晶界高熔點(diǎn)化合物與晶內(nèi)彌散沉淀相耦合強(qiáng)化的新型耐熱鎂錫銅合金及其熔煉和熱處理工藝。

背景技術(shù)

鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度、導(dǎo)熱性、減震性和電磁屏蔽性能，并且易于切削加工、易回收利用，因而在軍事工業(yè)、交通運(yùn)輸、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。特別是近年來交通輕量化的迫切需求，使鎂合金成為各國金屬材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。設(shè)法將鎂合金更廣泛應(yīng)用在汽車相關(guān)零部件中已成為各國開發(fā)新型鎂合金的一個(gè)重要目標(biāo)。目前最常用的商用鎂合金是鎂鋁系，例如AZ91，但由于該合金晶界化合物熔點(diǎn)低、在高溫（超過135℃）時(shí)熱力學(xué)組織不穩(wěn)定導(dǎo)致高溫蠕變性能差，只能用在方向盤、座椅、齒輪箱、儀表盤等常溫應(yīng)用的場合。汽車的動力總成組件（傳動箱和發(fā)動機(jī)缸體）長期在高溫并承受一定載荷的狀態(tài)下工作，這些部件的總重量占到整個(gè)汽車總重量的近1/4，卻無法使用Mg-Al合金制備。改善和替代鎂鋁合金主要考慮在鎂鋁系合金中添加稀土（RE)元素，或者采用鎂-稀土系，以形成高熔點(diǎn)的Al-RE或Mg-RE化合物強(qiáng)化晶界。在鎂鋁系中添加稀土元素雖對性能有一定的改善，但會消耗鋁導(dǎo)致晶內(nèi)基體強(qiáng)度下降，使合金的綜合性能距離實(shí)際應(yīng)用仍有一定的差距；同時(shí)，由于稀土元素價(jià)格昂貴，添加稀土的鎂合金由于較高的成本制約了其在民用產(chǎn)品領(lǐng)域的普及。

近年來人們開始開發(fā)鎂錫系合金，鎂錫二元合金的共晶溫度為561℃，而且其起強(qiáng)化作用的化合物Mg₂Sn熔點(diǎn)為770.5℃，這些都明顯高于鎂鋁系對應(yīng)的溫度，顯示其具有良好的高溫應(yīng)用潛力。不過目前開發(fā)的鎂錫合金主要是通過固溶+時(shí)效強(qiáng)化的方式制備，Mg₂Sn都是在合金晶粒內(nèi)部析出，雖然達(dá)到了強(qiáng)化晶粒基體的目的，但晶界沒有高熔點(diǎn)化合物釘扎，因此合金的耐蠕變性能仍然較低。同時(shí)，時(shí)效的鎂錫合金熱穩(wěn)定性也不夠高，例如石章智等人在專利“一種鎂錫基合金及其制備方法”（專利號為?ZL200610169819.6）中，添加鋅和銀的鎂錫錳合金在200℃時(shí)效的峰值硬度雖然達(dá)到80HV，但合金時(shí)效55小時(shí)硬度即下降至70HV，硬度下降明顯，合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性較差。此外，目前開發(fā)的時(shí)效強(qiáng)化鎂錫合金為增強(qiáng)時(shí)效強(qiáng)化效果添加的合金元素如Na、Ag等，由于活潑性太高或者價(jià)格昂貴，也制約了其在民品中的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有合金特別是鎂錫合金由于晶界脆弱導(dǎo)致蠕變性能差、熱穩(wěn)定性不夠好、添加其它微合金化元素不適合工業(yè)化應(yīng)用的缺點(diǎn),提供一種耐熱、廉價(jià)的鎂錫銅合金及其制備方法。通過添加銅元素，改良成分及熱處理工藝，使合金含有釘扎晶界的強(qiáng)金屬間化合物以及晶內(nèi)彌散分布的沉淀相，從而得到時(shí)效強(qiáng)化效果明顯、過時(shí)效緩慢、組織熱穩(wěn)定性較好同時(shí)又耐蠕變的經(jīng)濟(jì)型鎂合金。

本發(fā)明提供的一種含銅的耐熱鎂錫合金，其特征在于，該鎂錫銅合金的組分由鎂、錫、銅、錳四種元素或由鎂、錫、銅、錳和鋁五種元素組成；各組分含量的質(zhì)量百分比為：

????錫(Sn)：6～8％

????銅(Cu)：1.8～2.5％

????錳(Mn)：0.5～1％

????鋁(Al）：0～2.5％

????其余為鎂(Mg)；

????本發(fā)明提供的上述耐熱鎂錫銅合金的制備方法，包括熔煉，均勻化熱處理，時(shí)效熱處理；具體包括以下步驟：

????步驟一：熔煉

????下列組分及質(zhì)量百分比含量配料：錫(Sn)：6～8％、銅(Cu)：1.8～2.5％、錳(Mn)：0.5～1％、鋁（Al）：0～2.5％，其余為鎂(Mg)；原料中各組分的純度均超過99.99％，在坩堝中依次放入鎂、錫、鋁、鎂錳中間合金（錳含量在4％以上）、鎂銅中間合金（銅含量在29％以上），加熱至800-850℃，攪拌8-15分鐘，靜置10-15分鐘成合金液體，將合金液體澆注到鑄造用冷模具中形成鎂錫銅合金坯料；

????步驟二：均勻化及固溶熱處理

????將鎂錫銅合金坯料放入常規(guī)電阻爐，在空氣或真空氣氛下進(jìn)行分步加熱：首先在340℃-360℃保溫20-30小時(shí)，然后再緩慢升溫至450-470℃，保溫30-48小時(shí)，冷水淬火得到均勻化的鎂錫銅固溶合金；

????步驟三：時(shí)效熱處理

????將均勻化的鎂錫銅固溶合金在常規(guī)電阻爐中空氣氣氛下進(jìn)行時(shí)效熱處理，加熱溫度為170-250℃，保溫時(shí)間為190-270小時(shí)，冷水淬火得到時(shí)效強(qiáng)化的耐熱鎂錫銅合金。