[發明專利]一種添加磷和硅優化AZ91鎂合金力學性能的方法

在審

• 申請號: 201410512027.9
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN105525174A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 鄔青
• 申請（專利權）人: 鄔青
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/03
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術領域

本發明涉及一種添加磷和硅優化AZ91鎂合金力學性能的方法，屬于合金性能優化技術領域。

背景技術

隨著交通工具向節能、輕量化方向發展,鎂合金作為一種輕質結構材料在汽車及航空航天工業中獲得越來越多的應用。AZ91鎂合金具有優良的鑄造性能和良好的常溫力學性能,而成為使用最廣泛的一類鎂合金。但是AZ91鎂合金較差的耐高溫性能限制了其使用范圍。研究結果表明:AZ91鎂合金的抗拉強度隨著溫度上升而下降,150度時的抗拉強度比25度時的下降約30%。為提高其高溫性能,國內外研究人員在AZ91鎂合金中添加成本較高的稀有金屬如MM、Ag、Y、Nd和少量廉價合金元素(如Sb、Sn、Bi、Pb、Si等)來提高耐熱性。在AZ91基礎上添加Si元素的成本較低,但在結晶組織中會出現漢字狀Mg2Si,惡化了其力學性能,增加了其脆性。

發明內容

本發明要解決的問題：提供一種添加磷和硅優化AZ91鎂合金力學性能的方法，旨在提高合金的性能，降低生產成本，以滿足工業要求。

本發明的技術方案：

一種添加磷和硅優化AZ91鎂合金力學性能的方法，在井式電阻爐中采用RJ-2熔劑保護熔煉，在熔煉過程中加入硅元素和磷元素，所述其以質量分數計分別為0.7%和0.03%，熔體經過精煉變質于760度下保溫15min后澆注即可。

所述的磷元素以A-l3%P中間合金形式添加。

本發明的有益效果：

1)Al-3%P中間合金中的AlP化合物相作為Mg2Si的異質形核核心,且P以固溶態形式存在于Mg2Si顆粒相中改變其生長形貌。

2)Al-3%P中間合金變質后的AZ91+0.7%Si合金的力學性能顯著提高,其沖擊韌性比AZ91和AZ91+0.7%Si合金的分別提高53%和47%,抗拉強度、屈服強度和延伸率也分別提高了7.5%、13%和50%。Al-3%P中間合金是一種強效變質劑。

具體實施方式：

實施例：

采用AZ91+0.7%Si和AZ91+0.7%Si+Al-3%P兩種合金,合金序號及成分如表1所列。配料時考慮了合金元素的收得率,因此所得合金的實際成分與設計成分基本相符。所用原材料分別為純鎂錠含99.98%Mg、純鋁錠含99.97%Al、純鋅錠含99.98%Zn及Mg-9%Mn、Al-20%Si和Al-3%P中間合金。在井式電阻爐中采用RJ-2熔劑保護熔煉。熔體經過精煉變質于760度下保溫15min后澆注到金屬型鑄模中(預熱到200度左右),試樣為直徑20mmx120mm的圓柱體。

在實驗中，由于A-l3%P中間合金的變質作用,使得AZ91+0.7%Si合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率明顯提高。其抗拉強度、屈服強度和延伸率分別提高了7.5%、13%和50%。合金力學性能提高的主要原因為合金中Mg2Si形貌的改變,加入Al-3%P中間合金后,Mg2Si相的形貌由粗大的漢字狀變為細小的顆粒狀,消除了漢字狀的影響;另外生成的細小Mg2Si顆粒也可以提高材料的強度。這應該從以下幾個方面來考慮根據Orow-an模型,第二相粒子越小,分布越均勻,間距越小,材料的力學性能就越高。本研究中的合金經Al-3%P中間合金變質后,合金中第二相Mg2Si顆粒的平均尺寸由原來約45Lm減小為10Lm左右,且分布較為均勻,故變質后的強化效果比較明顯;2)Arsenault等的研究表明:粒子周圍高密度位錯會引起位錯增強。合金基體和Mg2Si粒子的熱膨脹率分別為29x10-6K-1和7.5x10-6K-1,由于熱膨脹率的差異,在粒子的周圍會形成密度較高的位錯區,因此,在增強相Mg2Si周圍的高密度位錯會引起誘導屈服增強,這有利于強化基體合金;3)由于合金晶粒細化的作用,加入Al-3%P中間合金后,合金的組織發生了明顯的細化。