[發明專利]高蠕變性能鑄造鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410726778.0
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN104561709A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 尤俊華;熱焱;邱克強;任英磊;曲迎東;李榮德
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/02;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

技術領域

本發明涉及一種高蠕變性能鑄造鎂合金及其制備方法，屬于鎂合金材料技術領域。

背景技術

鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有比重小（1.75～1.85×10³kg/m³，約為鋁的64%,鋼的23%)、阻尼性和切削加工性好、沖擊功吸收大、比強度和比剛度高，以及易回收利用等優點，廣泛的應用于汽車、航空航天、電子等領域。但是，由于鎂合金的強度不高，耐熱性能差，限制了其應用范圍。因此，提高鎂合金的強度和耐熱性，使其具有良好的綜合性能，是新型鎂合金開發的熱點。

在高強度鎂合金的合金化研究中，合金元素的添加主要集中在鋁、鋅、硅、鍶、銅、鎳、錳、鋯、鈣、鋰和鉍，或者是鈧、釔和稀土元素。其強化機理主要是固溶強化或與鎂形成金屬間化合物強化。目前，高強度耐熱鎂合金中稀土含量較高，而稀土的價格較貴，在一般行業中，難以得到廣泛應用。因此，當前高強度耐熱鎂合金的開發應兼顧提高性能和降低成本兩個方面因素。Al是提高鎂合金強度的基本元素之一。在鎂合金加入Al元素，主要是維持合金具有一定的強度和鑄造性能。但是，合金中會大量生成Mg₁₇Al₁₂相。Mg₁₇Al₁₂相的熔點較低（462℃）。在高溫下，容易發生松弛現象，不能對位錯起到良好的釘扎作用。而Ca元素的加入，不僅可以抑制Mg₁₇Al₁₂相的生成，還可以起到細化晶粒的作用。同時，還可以生成穩定的耐高溫的Mg₂Ca（717℃）與Al₂Ca（1079℃）相。這兩種相主要分布于晶界處，可以有效地阻礙高溫下晶界處的滑移，起到提高合金蠕變性能的作用。在鎂合金中加入Zn元素，不僅能夠保留含Ca鎂合金的優異鑄造性能，還可以起到固溶強化與時效強化的作用，生成的MgZn相在高溫下具有良好的熱穩定性，對鎂合金的高溫強度和抗蠕變性能均有所提高。Si的加入，能夠形成具有極高熱穩定性的Mg₂Si相，由于Mg₂Si相沿著晶界分布，所以能夠很好地改善鎂合金的蠕變性能。但是，Mg₂Si相常表現為粗大的漢字狀，需要控制加入的Si元素的百分含量。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種高蠕變性能鑄造鎂合金及其制備方法，其目的解決以往的方式所存在的成本高、蠕變性能低的問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種高蠕變性能鑄造鎂合金，其特征在于：所述合金的組分及質量百分比為Al：5%，Zn：4%，Ca：1%～5%，Si：1%～3%，余量為Mg和雜質。

雜質元素及質量百分比為Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%。

在50MPa/200℃的蠕變條件下，合金的斷裂時間≥135小時；在100小時處的蠕變量≤0.02。

如上述的高蠕變性能鑄造鎂合金的制備方法，其特征在于：上述高蠕變性能鑄造鎂合金是通過如下步驟制備的：

（1）配料：原料是純度為99.9%的純Mg、99.9%的純Al、99.9%的純Zn，以及Mg-20%?Ca中間合金、Mg-10%?Si中間合金，各元素的質量百分比為Al：5%，Zn：4%，Ca：1%～5%，Si：1%～3%，使雜質含量Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%，余量為Mg；

（2）熔煉：采用鐵坩堝，在井式電阻爐中進行熔煉，利用N₂和SF₆混合氣體作為保護氣體，首先熔煉金屬Mg，待其全部熔化后依次加入Mg-20%?Ca、Mg-10%?Si中間合金、純Al和Zn金屬，控制熔煉溫度為700℃～720℃，得到液態金屬；

（3）澆鑄：將熔化的金屬液在670℃～690℃澆注。

步驟（1）中的配料，為了避免Ca的揮發，Ca以Mg-20%Ca的中間合金形式加入；為了降低Si元素的熔點，便于在金屬液中的擴散，Si以Mg-10%?Si中間合金的形式加入。

步驟（3）中的澆鑄，在正常鑄造工藝下，模型采用金屬型。