專利名稱：耐熱抗蠕變鎂合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明耐熱抗蠕變鎂合金及其制造方法涉及的是一種用準晶增強的耐熱抗蠕變鎂合金材料，是屬于金屬材料的設(shè)計與制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金作為最輕質(zhì)的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，具有比強度高，鑄造成形性好，阻尼、吸震、降噪性能優(yōu)越，電磁屏蔽能力強，機加工和表面裝飾性能良好，并且易于回收利用等優(yōu)點，在汽車、電子、航空航天、軍事等領(lǐng)域顯示出廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景，成為替代鋁合金、鋼鐵和工程塑料的重要材料，它的利用對減重和節(jié)能降耗特別顯著。盡管在汽車上減重最為奏效的是諸如缸體、變速箱殼蓋類鑄件。但因鎂合金耐熱性差就限制了其推廣應(yīng)用的步伐。所以提高鎂合金的耐熱抗蠕變性能對擴大鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
目前用來提高和改善鎂合金耐熱抗蠕變性能的具體方法是對鎂合金進行合金化，加入單元素Si、Ca、Sb、Bi、Sr、Ag、Sn等，或二元素復(fù)合，以單雙元素加入合金化時比較困難，形成的化合物質(zhì)點顆粒較粗大且分布不均勻。對耐熱性的提高幅度也有限，這種鎂合金一般只能在120～150℃工作溫度下使用，而加入Re系元素盡管可進一步提高在150～200℃條件下的工作溫度，但使合金成本增加較高，在民用工業(yè)中推廣應(yīng)用比較困難。為此，如果能夠找到一種制造工藝簡便，性能提高顯著，成本增加不高，又適合于工業(yè)化生產(chǎn)的高強度耐熱鎂合金意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有鎂合金的不足之處，提出一種工藝簡便，成本相對低廉，又能顯著提高耐熱抗蠕變性能的鎂合金生產(chǎn)新工藝技術(shù)方法，我們利用準晶準周期性排列，結(jié)晶核心多，晶體生長速度慢，在準晶相界面處表面能低的特點，在鎂合金熔煉過程中，加入預(yù)先制備好的一定量的含有MgxZnuMnwYt準晶相的中間合金，經(jīng)過均勻化處理保溫，精煉扒渣后澆入錠?；蜩T型，使之在凝固過程中形成了α-Mg+β-Mg17Al12+MgxZnuMnwYt系準晶相的三相復(fù)合組織。由于在這種鎂合金鑄態(tài)基體組織的晶粒內(nèi)部和邊界處出現(xiàn)大量細小均勻彌散分布的MgxZnuMnwYt準晶顆粒質(zhì)點而釘扎晶界，使這種材料在高溫時的耐熱穩(wěn)定性提高，尤其在150～200℃工作條件下的耐熱抗蠕變性能得到顯著提高，是一種很好的汽車用耐熱鎂合金。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種耐熱抗蠕變鎂合金，其特征在于控制化學(xué)成分(按質(zhì)量百分比Wt％計)Al4.00～8.50，Zn1.00～5.00，Mn0.10～1.20，Y0.01～1.00，Ni＜0.005，F(xiàn)e＜0.05，Cu＜0.05，其余為Mg。
首先，按照權(quán)利要求2-I所述的耐熱抗蠕變鎂合金的制造方法按設(shè)計成分備料(按熔體質(zhì)量百分數(shù)比Wt％計)為1#鎂錠40.00～50.00，1#純鋅43.00～55.00，純釔2.00～5.00，電解錳0.50～5.00并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，在F6S氣體保護下，在電阻爐中按照常規(guī)鎂合金熔煉方法在740～780℃保溫熔煉出符合化學(xué)成分要求的準晶中間合金液體，在730～780℃出爐澆入金屬型中凝固成形，制備出一種具有MgxZnuMnwYt系準晶相的中間合金錠料。其準晶相中x+u+w+t＝100為原子百分比，其中26.0≤x≤34.0，56.0≤u≤62.0，1.0≤w≤3.0，6.0≤t≤10.0。
其次，按照Mg-Al-Zn-Mn-Y系鎂合金成分要求，稱好所需的基礎(chǔ)爐料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)，1#鎂錠91.50～96.00，純鋁4.00～8.00，1#純鋅0～0.50，電解錳0～0.50，并進行預(yù)熱烘烤，按常規(guī)鎂合金熔煉方法在電阻爐中將合金在F6S氣體保護下熔化，并升溫至700～750℃后，保溫10～15分鐘，加入占熔體總重2.00～8.00％的MgxZnuMnwYt系準晶相的固體中間合金進行熔體均勻化處理，保溫10～15分鐘后，進行精煉，靜置1小時后扒去浮渣，降溫至680～730℃出爐澆注(或壓鑄)鑄件，或降至650～680℃澆注成合金鑄錠待用。
這種耐熱抗蠕變鎂合金的終態(tài)基體組織是α-Mg+β(Mg17Al12)+彌散均勻分布于α-Mg相之內(nèi)或β相的邊緣附近的MgxZnuMnwYt系準晶顆粒三相共存的復(fù)相組織所組成。MgxZnuMnwYt系準晶顆粒在耐熱抗蠕變鎂合金材料中的體積相對含量為1.00～3.50％。在本發(fā)明所提供的中間合金中由于準晶相具有界面能低和環(huán)境友好的特點，所以在制備好的新型耐熱抗蠕變鎂合金基體組織中，準晶相顆粒作為增強相彌散分布均勻，尺寸明顯小于用其它方法生成的增強相，且形狀趨于球形，對基體組織的割裂作用和應(yīng)力集中程度減輕。所以使合金的強韌性和耐熱抗蠕變性得以提高。
四

附圖1-1a是實施方式1中的準晶中間合金的金相組織照片。
附圖1-1b是實施方式1中的準晶中間合金的X-射線衍射分析曲線。
附圖1-2a是實施方式2中的準晶中間合金的金相組織照片。
附圖1-2b是實施方式2中的準晶中間合金的X-射線衍射分析曲線。
附圖1-3a是實施方式3中的準晶中間合金的金相組織照片。
附圖1-3b是實施方式3中的準晶中間合金的X-射線衍射分析曲線。
附圖2-1是實施方式1耐熱抗蠕變鎂合金的金相組織照片。
附圖2-2是實施方式2耐熱抗蠕變鎂合金的金相組織照片。
附圖2-3是實施方式3耐熱抗蠕變鎂合金的金相組織照片。
五具體實施例方式以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。
實施方式1耐熱抗蠕變鎂合金的化學(xué)成分(按質(zhì)量百分比Wt％計)為Al 8.50，Zn3.00，Mn1.00，Y0.30，Ni0.005，F(xiàn)e0.04，Cu 0.03，其余為Mg。
首先按設(shè)計成分備料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)為，1#鎂錠40.00，1#純鋅55.00，純釔2.50，電解錳2.50并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，按常規(guī)鎂合金熔煉方法將合金在F6S氣體保護下熔化，并升溫至740℃后保溫，熔煉出符合化學(xué)成分設(shè)計要求的準晶中間合金液體，在730℃澆入金屬型后，在常規(guī)凝固條件下在金屬型中凝固成錠，制備出一種具有Mg26Zn62Mn2Y10準晶相的中間合金錠料。此錠料的金相組織照片如附圖1-1a所示，X-衍射分析曲線如附圖1-1b所示。
其次，按所需的基礎(chǔ)爐料備料(按熔體質(zhì)量百分數(shù)Wt％計)，1#鎂錠91.50，純鋁8.00，1#純鋅0.50，并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，按常規(guī)鎂合金熔煉方法將合金在F6S氣體保護下熔化，并升溫至700℃后，保溫10分鐘，加入占熔體總重2.00％的預(yù)先制備好的具有Mg26Zn62Mn2Y10準晶相的固體中間合金錠，進行熔體均勻化處理，保溫10～15分鐘后，進行精煉，靜置1小時后扒去浮渣，降溫至680℃出爐直接澆注(或壓鑄)鑄件或降至650℃澆注成合金鑄錠待用。并在680℃同時澆注出金屬型性能試樣，這種耐熱抗蠕變鎂合金的終態(tài)基體組織是α-Mg+β(Mg17Al12)+彌散均勻分布于α-Mg相之內(nèi)或β相的邊緣附近的MgxZnuMnwYt系準晶顆粒三相共存的復(fù)相組織所組成。MgxZnuMnwYt系準晶顆粒在耐熱抗蠕變鎂合金材料中的體積相對含量為1.00％。顯微組織照片如附圖2-1所示，所測得的力學(xué)性能如附表所示。
實施方式2耐熱抗蠕變鎂合金的化學(xué)成分(按質(zhì)量百分數(shù)Wt％計)Al4.00，Znl.00，Mn0.30，Y1.00，Ni0.003，F(xiàn)e0.03，Cu 0.05，其余為Mg。
首先按設(shè)計成分備料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)為1#鎂錠46.00，1#純鋅48.50，純釔5.00，電解錳0.50并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，在F6S氣體保護下，按照常規(guī)鎂合金熔煉方法控制爐溫在780℃熔煉出符合化學(xué)成分設(shè)計要求的準晶中間合金液體，在780℃澆入金屬型后，在常規(guī)凝固條件下在金屬型中凝固成錠，制備出一種具有Mg32Zn59Mn1.0Y8準晶相的中間合金錠料。此錠料的金相組織照片如附圖1-2a所示，X-衍射分析曲線如附圖1-2b所示。
其次，按所需的基礎(chǔ)爐料備料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)為1#鎂錠94.00，純鋁5.50，1#純鋅0.30，Mn0.20，并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，按常規(guī)鎂合金熔煉方法將合金在F6S氣體保護下熔化，并升溫至730℃后，保溫10分鐘，加入占熔體總重5.00％的預(yù)先制備好的具有Mg40Zn51Mn1.0Y8準晶相的中間合金鑄錠，進行熔體均勻化處理，保溫10～15分鐘后進行精煉，靜置1小時后扒去浮渣，降溫至710℃出爐直接澆注(或壓鑄)鑄件或降至670℃澆注成合金鑄錠待用。并在710℃同時澆注出金屬型性能試樣，這種耐熱抗蠕變鎂合金的終態(tài)基體組織是α-Mg+β(Mg17Al12)+彌散均勻分布于α-Mg相之內(nèi)或β相的邊緣附近的MgxZnuMnwYt系準晶顆粒三相共存的復(fù)相組織所組成。MgxZnuMnwYt系準晶顆粒在耐熱抗蠕變鎂合金材料中的體積相對含量為2.50％。顯微組織照片如附圖2-2所示，所測得的力學(xué)性能如附表所示。
實施方式3耐熱抗蠕變鎂合金的化學(xué)成分(按質(zhì)量百分比Wt％計)為Al 6.50，Zn5.00，Mn0.70，Y0.80，Ni0.004，F(xiàn)e0.05，Cu 0.04，其余為Mg。
首先按設(shè)計成分備料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)為1#鎂錠50.00，1#純鋅43.00，純釔3.50，電解錳3.50并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，在F6S氣體保護下，按照常規(guī)鎂合金熔煉方法在760保溫熔煉出符合化學(xué)成分設(shè)計要求的準晶中間合金液體，在750℃澆入金屬型后，在常規(guī)凝固條件下在金屬型中凝固成錠，制備出一種具有Mg35Zn56Mn3.0Y6準晶相的中間合金錠料。此錠料的金相組織照片如附圖1-3a所示，X-衍射分析曲線如附圖1-3b所示。
其次，按所需的基礎(chǔ)爐料備料(按熔體質(zhì)量百分比Wt％計)為1#鎂錠95.50，純鋁4.00，電解錳0.50并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，按常規(guī)鎂合金熔煉方法將合金在F6S氣體保護下熔化，并升溫至750℃后，保溫10分鐘，加入占熔體總重8.00％的預(yù)先制備好的具有Mg34Zn56Mn4.0Y6準晶相的固體中間合金錠，進行熔體均勻化處理，保溫10～15分鐘后，進行精煉，靜置1小時后扒去浮渣，降溫至730℃出爐直接澆注(或壓鑄)鑄件或降至680℃澆注成合金鑄錠待用。并在730℃同時澆注出金屬型性能試樣，這種耐熱抗蠕變鎂合金的終態(tài)基體組織是α-Mg+β(Mg17Al12)+彌散均勻分布于α-Mg相之內(nèi)或β相的邊緣附近的MgxZnuMnwYt系準晶顆粒三相共存的復(fù)相組織所組成。MgxZnuMnwYt系準晶顆粒在耐熱抗蠕變鎂合金材料中的體積相對含量為3.50％。顯微組織照片如附圖2-3所示，所測得的力學(xué)性能如附表所示。
附表
權(quán)利要求
1.一種耐熱抗蠕變鎂合金其特征在于是一種用準晶增強的耐熱抗蠕變鎂合金材料，即是通過利用具有MgxZnuMnwYt系準晶相的中間合金，對鎂基合金熔體進行準晶均勻化處理的一種Mg-Al-Zn-Mn-Y系鎂合金材料，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比Wt％計為Al4.00～8.50，Zn1.00～5.00，Mn0.10～1.20，Y0.01～1.00，Ni＜0.005，F(xiàn)e＜0.05，Cu＜0.05，其余為Mg；這種耐熱抗蠕變鎂合金的鑄態(tài)組織特征是α-Mg+β(Mg17Al12)+彌散均勻分布于α-Mg中或在β相的邊緣附近的MgxZnuMnwYt系準晶顆粒三相共存的復(fù)相組織所組成；MgxZnuMnwYt系準晶顆粒在耐熱抗蠕變鎂合金材料中的體積相對含量為1.00～3.50％。
2.制造權(quán)利要求1所述的一種耐熱抗蠕變鎂合金的方法，其特征在于I.首先按設(shè)計成分備料，按熔體質(zhì)量百分比Wt％計為1#鎂錠40.00～50.00，1#純鋅43.00～55.00，純釔2.00～5.00，電解錳0.50～5.00并進行預(yù)熱烘烤，然后裝入電阻爐中，在F6S氣體保護下，在電阻爐中按照常規(guī)鎂合金熔煉方法在740～780℃保溫熔煉出符合化學(xué)成分要求的準晶中間合金液體，在730～780℃出爐澆入金屬型中凝固成形，制備出一種具有MgxZnuMnwYt系準晶相的中間合金錠料。其準晶相中x+u+w+t＝100為原子百分比，其中26.0≤x≤34.0，56.0≤u≤62.0，1.0≤w≤3.0，6.0≤t≤10.0。II.按成分設(shè)計要求，稱好所需的基礎(chǔ)爐料，按熔體質(zhì)量百分比Wt％計為1#鎂錠91.50～96.00，純鋁4.00～8.00，1#鋅錠0～0.50，電解錳0～0.50并進行預(yù)熱烘烤，然后裝爐，按常規(guī)鎂合金熔煉方法將合金在F6S氣體保護下在鎂合金熔煉電阻爐中熔化，并升溫至700～750℃后，保溫10～15分鐘，加入占熔體總重2.00～8.00％的所制備的MgxZnuMnwYt準晶中間合金進行熔體均勻化處理，保溫10～15分鐘后，進行精煉，靜置1～2小時后扒去浮渣，在680～730℃出爐直接澆注或壓鑄鑄件，或降溫至650～680℃出爐澆注鑄錠。
全文摘要
一種耐熱抗蠕變鎂合金及其制造方法涉及的是一種用準晶增強的鎂合金材料及其制造方法，屬于金屬材料及其制造領(lǐng)域，其特征在于是通過利用具有Mg
文檔編號C22C23/02GK1644738SQ20051001234
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月29日
發(fā)明者張金山, 李秀杰, 梁偉, 許春香, 杜宏偉, 高義斌 申請人:太原理工大學(xué)