專利名稱：高硬度鑄造鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金領(lǐng)域，特別涉及一種高硬度適合于鑄造成形的鎂合金。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進(jìn)一步研發(fā)燃料利用率更高的新產(chǎn)品。在汽車制造業(yè)中，鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬材料，被汽車制造廠家用來替代傳統(tǒng)的鑄鐵，以實(shí)現(xiàn)減輕車身重量的目的。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題對(duì)于某些特殊場合工作的零件，需要具有較高的硬度?，F(xiàn)有壓鑄鎂合金布氏硬度 HBW(Brinell Hardnes)范圍為55-63，詳見國標(biāo)GB/T25747-2010，該硬度無法完全滿足特殊零件對(duì)鎂合金硬度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高硬度鑄造鎂合金。所述技術(shù)方案如下一種高硬度鑄造鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Mn、稀土及Ti組成，其重量百分組成為 Al 4-25%, Mn 0. 2-2%、稀土 0. 002-4%、Ti 0. 001-1 %，其余為 Mg 和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量< 0. 5%，單一雜質(zhì)< 0. 1%。其中，所述稀土為Gd、Y、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。優(yōu)選，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。優(yōu)選，其重量百分組成為Al 14-20 Mn 0. 4-0. 8 Gd 0. 1-1 %、Ti 0. 05-0. 2%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 16%,Mn 0.6%,Gd 0.8%,Ti 0.2%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過以Mg、Al、Mn、Ti為主要合金化元素，利用RE尤其是Gd獨(dú)特的合金化作用，以及Ti細(xì)化晶粒作用，來提高本鑄造鎂合金的硬度和高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能、流動(dòng)性良好、布氏硬度HBW不小于84 的高硬度耐熱鑄造鎂合金；本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合金屬于鎂鋁系鑄造合金，由于第二主元素是鋁，稀土含量或其它貴金屬含量相對(duì)較少，因此，大大降低了原料成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例3中提供的鑄造鎂合金常溫下拉伸試樣斷口的微觀形貌SEM圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例3中提供的鑄造鎂合金200°C下拉伸試樣斷口的微觀形貌 SEM 圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法、硬度及力學(xué)性能測定方法說明如下1、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金可通過以下兩種熔煉工藝制作工藝一按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、MgMn中間合金及AlTi中間合金，給所用電阻爐升溫，當(dāng)加入的上述金屬快熔化時(shí)采用氣體保護(hù)或者覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C _780°C時(shí)加入MgRE中間合金(如MgGd、 MgY、MgNd等)或AIRE中間合金，并攪拌，在720°C _780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如按照氣體含量檢查方法進(jìn)行氣體含量檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護(hù)氣體可以是氬氣，也可以是SF6,還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品或自己調(diào)配； 精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。工藝二按照本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金組成和含量配制合金，在真空爐中加入鋁錠、Mn、Ti，升溫至820°C，保溫2_8小時(shí)，然后降溫到720°C -780°C，加入鎂錠和RE。待所加入的金屬熔化后在720°C -780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護(hù)或者覆蓋劑保護(hù)防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質(zhì)量，如氣體含量的檢查，如果質(zhì)量較差，需進(jìn)行精煉處理；如果質(zhì)量合格，將所述合金液調(diào)溫到70(TC -740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護(hù)氣體可以是氬氣，也可以是 SF6，還可以是CO2，或者是它們的混合氣體；覆蓋劑和稀土 RE為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。2、本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的壓鑄件可不進(jìn)行熱處理，其它形式的鑄造件可進(jìn)行熱處理，一般采用T4固溶處理。T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至 360-5200C，保溫1-30小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫20_80°C。3、本發(fā)明鎂合金的硬度及力學(xué)性能的測定方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合進(jìn)行了常溫及200 0C兩種狀態(tài)下，拉伸試樣斷口的微觀形貌觀察，具體見圖1、圖2 ；本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的里氏硬度HL值為手持式硬度計(jì)采集；布氏硬度在球徑為10mm、500公斤壓力、F/D2為5的條件下測試。實(shí)施例1按上述工藝一所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金重量百分組成為A114%、Mn 0.2%,Y 0. 002%,Ti 0. 001 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其
中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比<0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至480°C，保溫 2小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫60°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例2按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用半固態(tài)鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 25%,Mn 2%, Sm 4%, Ti 1 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5 %，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至520°C，保溫 1小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合性能參見表1和表2。實(shí)施例3按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 16%,Mn 0.6%,Gd 0.8%,Ti 0. 2%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中， 所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫 15小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫20°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例4、按上述工藝一所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 18%,Mn 0.2%,Nd 0.2%,Ti 0. 25%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中， 所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例5按上述工藝一所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 25%, Mn 0. 22%, La 0.2%、Ti 0. 25%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比<0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至360°C，保溫 30小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫20°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例6按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 20%,MnO. 8%,Gd l%,Ti 0. 2%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至400°C，保溫 14小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫20°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例7按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 10%,Mn l%,Tb l%,Ti 0. 05%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5 %，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至480°C，保溫 8小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫60°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例8按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 4%,Mn 2%,Dy 4%,Ti 1 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比<0.5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%0鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至360°C，保溫 30小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫20°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例9按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 25%,Mn 0.5%, Ho 2%, Ti 0. 5%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。非壓鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至520°C， 保溫1小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例10按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 22%,Mn 0. 5%,Er 0. 002%,Ti 0. 001 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比<0. 1%。非壓鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至520°C， 保溫1小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例11按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 18%,Mn 1. 5%,Gd 0.6%,Er 1.4%,Ti 0. 1 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5 %，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例12按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用金屬型鑄造，所述鎂合金重量百分組成為Al 14%,Mn 0. 4%,Gd 0. l%,Ce 0. 02%,Ti 0. 05%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比<0.5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 1%。鑄件的熱處理(T4固溶處理工藝)將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至520°C，保溫 1小時(shí)，鑄造件出爐后水淬，水溫80°C。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。實(shí)施例13按上述工藝二所述步驟制備高硬度鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 16%,Mn 0.4%,Ce 0. l%,Ti 0. 05%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中， 所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金中的重量百分比< 0. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金中的重量百分比彡0. 1%。本實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的性能參見表1和表2。本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的鑄造件的性能測定結(jié)果1、本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合金的鑄造件在經(jīng)T4熱處理后的主要力學(xué)性能見表1、圖1和圖2 其鑄件表面薄層的里氏硬度HL平均值不小于477。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄造鎂合進(jìn)行了常溫及200°C兩種狀態(tài)下拉伸試樣斷口的微觀形貌觀察，圖1為實(shí)施例3提供的鑄造鎂合金常溫下拉伸試樣斷口微觀形貌的電子掃描SEM圖，圖2為實(shí)施例3提供的鑄造鎂合金200°C下拉伸試樣斷口微觀形貌的電子掃描SEM圖，放大倍數(shù)均為5000。本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄件在200°C的抗拉強(qiáng)度Rm不小于130MPa，這項(xiàng)主要高溫指標(biāo)超過了 ZM2鑄造鎂合金，ZM2鑄造鎂合金在200°C時(shí)的抗拉強(qiáng)度Rm不小于llOMPa。表1、高硬度鑄造鎂合金T4熱處理的主要力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種高硬度鑄造鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、Mn、稀土及Ti組成，其重量百分組成為A14-25%、MnO. 2_2%、稀土 0. 002-4%,Ti 0. 001-1 %，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量< 0. 5%，單一雜質(zhì)< 0. 1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sm、Nd、La、Ce、Tb、 Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sm、Nd、 La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為 Al 14-20%,MnO. 4-0. 8%, GdO. 1-1%, TiO. 05-0. 2%，其余為 Mg 和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之任一項(xiàng)所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al16 %、 MnO. 6%, GdO. 8%, TiO. 2%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高硬度鑄造鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Al、Mn、稀土及Ti組成，其重量百分組成為Al4-25％、Mn0.2-2％、稀土0.002-4％、Ti 0.001-1％，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述不可避免的雜質(zhì)總量≤0.5％，單一雜質(zhì)≤0.1％。本發(fā)明通過以Mg、Al、Mn、Ti為主要合金化元素，利用RE尤其是Gd的合金化作用，以及Ti的細(xì)化晶粒作用，來提高本鑄造鎂合金的硬度和高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能、流動(dòng)性良好、布氏硬度HBW不小于84的高硬度耐熱鑄造鎂合金。
文檔編號(hào)C22C23/06GK102230116SQ20111017140
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者馮俊 申請人:江漢大學(xué)