CN101392342A - 强韧性镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：Sn 0.8～5％，Pb 0.1～6％，Al 1～5.5％，其余为Mg。其中还可以添加0.01～4％Zn或者Zr中的一种或者两种。合金制备步骤为：按照合金成分配比进行配料，将上述配好的金属在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10∶15∶75，当温度升至690～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。本发明的强韧性镁合金，仅使用普通的锡、铅、铝等常规元素，避开了使用大量的稀贵元素，生产制备工艺简单，合金的成本较低，强度、韧性及塑性性能良好。
Description
一、技术领域
本发明属于镁合金技术领域，特别涉及一种强韧性镁合金及其制备方法。
二、背景技术
镁合金因其具有比强度及比刚度高的性能特点，普遍应用于工业产品制造中。但是现有普通镁合金的强韧性较差。目前有一些对强韧性镁合金的研究：
200610026842.X提出一种自生准晶增强的高塑性变形镁合金，属于金属材料技术领域。该发明组分及其重量百分比为：2-10％ Zn，0.5-6％ Gd，0-1.0％ Zr，杂质元素Fe<0.005％，Ni<0.002％，其余为Mg。该发明合金含有准晶相，以树枝晶形式原位形成于铸态组织中，经过挤压或轧制热变形工艺，该准晶相破碎沿着变形方向分布，同时在挤压或轧制过程中在基体内部和晶界处析出弥散分布的二次准晶相，从而增强了合金的性能。
200810069464.2提供了一种具有高屈强比和高塑性的变形镁合金，该合金各组份的重量百分比为锌1.0％～2.0％、锆0.1％～0.6％、稀土铒0.1％～0.8％，其余为镁和不可避免的杂质。铒与合金中的杂质元素、镁以及合金液中卷入的氧等结合形成细小弥散析出相，有效净化合金，并促进热变形过程中的动态再结晶、阻碍再结晶晶粒长大。
以上各专利都是在镁锌母合金的基础上，添加一定量的稀土元素和其它元素来改善镁合金的强度和塑韧性，合金成本高，改善的程度受限于母体合金。
三、发明内容
技术问题：本发明针对现有技术存在的添加稀土元素改善强度和韧性成本高的缺陷，提供了一种强韧性镁合金及其制备方法，制备的合金具有良好的室温强韧性。
技术方案：
一种强韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：Sn 0.8～5％，Pb 0.1～6％，Al 1～5.5％，其余为Mg。
一种强韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：Sn 0.8～5％，Pb 0.1～6％，Al 1～5.5％，Zr0.01～4％，其余为Mg。
一种强韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：Sn 0.8～5％，Pb 0.1～6％，Zn 0.01～4％，Al 1～5.5％，其余为Mg。
一种强韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：Sn 0.8～5％，Pb 0.5～6％，Zn 0.01～4％，Al 1～5.5％，Zr 0.01～4％，其余为Mg。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，当温度升至690～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、Zr 0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Mg-Zr、中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～725℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Zn 0.01～4％、Al 1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到塑性镁合金。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Zn 0.01～4％、Al 1～5.5％、Zr 0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭、Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
有益效果：本发明的强韧性镁合金，仅使用普通的锡、铅、铝等常规元素，避开了使用大量的稀贵元素，生产制备工艺简单，合金的成本较低，强度、韧性及塑性性能良好。锡、铅和铝可通过固溶强化提高对镁的强度和韧性；锆可使锡、铅、镁等形成复杂化合物弥散分布在基体中，协同铝细化晶粒；锌或锌和锆可增强锡、铅和铝对镁的固溶强化作用，并可调节变形中晶粒的位向，有效改善材料的塑性。高于合金的成分范围，析出过多的化合物增加了材料的脆性，降低了塑性和强度；低于合金的成分范围，元素的作用不足以析出必要的化合物，或不足以起到固溶强化作用。因此在一定量的Al、Sn、Pb或Al、Sn、Pb和Zn或Al、Sn、Pb、Zr和Zn的作用下，镁的强韧性得到提高。
四、附图说明
图1为强韧性合金的扫描电镜组织。图中白亮处为镁合金中含铝和锆的镁锡铅化合物。
五、具体实施方式
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，当温度升至690～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。温度可以为690℃、710℃、720℃，保温时间可以是5分钟、8分钟、10分钟。合金配方可以为Sn 0.8％、Pb 0.1％、Al 1％、其余为Mg；Sn 5％、Pb6％、Al5.5％、其余为Mg；Sn 3.5％、Pb 4.6％、Al 2.5％、其余为Mg。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、Zr 0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Mg-Zr、中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～725℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。温度可以为700℃、710℃、725℃，保温时间可以是5分钟、8分钟、10分钟。合金配方可以为Sn 0.8％、Pb 0.1％、Al 1％、Zr 0.01％、其余为Mg；Sn 5％、Pb 6％、Al 5.5％、Zr 4％、其余为Mg；Sn 3.5％、Pb 4.6％、Al 3.5％、Zr 2.4％、其余为Mg。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Zn 0.01～4％、Al 1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到塑性镁合金。温度可以为700℃、710℃、730℃，保温时间可以是5分钟、8分钟、10分钟。合金配方可以为Sn 0.8％、Pb 0.1％、Zn 0.01％、Al 1％、其余为Mg；Sn 5％、Pb 6％、Zn 4％、Al 5.5％、其余为Mg；Sn 3.5％、Pb 4.6％、Zn 3.4％、Al4.5％、其余为Mg。
一种制备强韧性镁合金的方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Zn 0.01～4％、Al 1～5.5％、Zr 0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭、Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10:15:75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。温度可以为700℃、710℃、730℃，保温时间可以是5分钟、8分钟、10分钟。合金配方为Sn 0.8％、Pb 0.1％、Zn 0.01％、Al 1％、Zr 0.01％、其余为Mg；Sn 5％、Pb 6％、Zn 4％、Al 5.5％、Zr 4％、其余为Mg；Sn 3.5％、Pb 2.6％、Zn 2.4％、Al 2.5％、Zr 3.4％、其余为Mg。
实施例：
| 合金编号 | 成分(质量百分含量) | 抗拉强度/MPa | 伸长率/％ | 冲击韧性/J/cm2 |
| 对比合金 | Al为9％，Zn为1％，其余为Mg | 220 | 4 | 8 |
| 本案1 | Sn为3％，Pb为2％，Al为2.5％，其余为Mg | 185 | 15 | 11 |
| 本案2 | Sn为3％，Pb为2％，Al为2％，Zr为3％，其余为Mg | 200 | 19 | 13 |
| 本案3 | Sn为5％，Pb为2％，Al为2％，Zn为3％，其余为Mg | 215 | 20 | 16 |
| 本案4 | Sn为1％，Pb为5％，Al为5％，Zn为1％，其余为Mg | 210 | 18 | 16 |
| 本案5 | Sn为5％，Pb为2％，Al为2％，Zn为3％，Zrl.5％，其余为Mg | 225 | 22 | 18 |
| 本案6 | Sn为0.5％，Pb为2％，Al为2％，Zn为3％，Zr为0.5％，其余为Mg | 195 | 17 | 14 |
| 本案7 | Sn为1％，Pb为2.5％，Al为2％，Zn为2％，Zr为0.1％，其余为Mg | 200 | 20 | 16 |
| 对比例1 | Sn为0.04％，Pb为0.05％，Al为0.5％，Zr为0.01％，其余为Mg | 115 | 9 | 6 |
| 对比例2 | Sn为5.5％，Pb为6.5％，Al为6％，Zr为6％，其余为Mg | 170 | 10 | 8 |
锡铅锆与镁形成复杂化合物弥散分布可调节变形中晶粒的位向，可改善材料的塑性；铝的固溶强化作用可提高材料的强度。高于合金的成分范围，析出过多的化合物增加了材料的脆性，降低了塑性和强度；低于合金的成分范围，元素的作用不足以析出必要的化合物，或起到固溶强化作用。因此在一定量的Al、Sn、Pb或Al、Sn、Pb和Zn或Al、Sn、Pb、Zr和Zn的作用下，镁的强韧性得到提高。
Claims (8)
1.一种强韧性镁合金，其特征在于，合金的主要成分为，以质量百分比计：
Sn 0.8～5％，
Pb 0.1～6％，
Al 1～5.5％，
其余为Mg。
2.如权利要求1所述的强韧性镁合金，其特征在于，以质量百分比计，合金中还含有Zr0.01～4％。
3.如权利要求1所述的强韧性镁合金，其特征在于，以质量百分比计，合金中还含有Zn 0.01～4％。
4.如权利要求1所述的强韧性镁合金，其特征在于，以质量百分比计，合金中还含有Zn0.01～4％和Zr0.01～4％。
5.一种制备如权利要求1所述的强韧性镁合金的方法，其特征在于，步骤为：按照质量百分含量Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10：15：75，当温度升至690～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
6.一种制备如权利要求2所述的强韧性镁合金的方法，其特征在于，步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.8～5％、Pb 0.1～6％、Al 1～5.5％、Zr0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Mg-Zr、中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10：15：75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～725℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
7.一种制备如权利要求3所述的强韧性镁合金的方法，其特征在于，步骤为：按照质量百分含量为Sn0.8～5％、Pb0.1～6％、Zn0.01～4％、Al1～5.5％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10：15：75当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
8.一种制备如权利要求4所述的强韧性镁合金的方法，其特征在于，步骤为：按照质量百分含量为Sn0.8～5％、Pb 0.1～6％、Zn 0.01～4％、Al 1～5.5％、Zr0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Al锭、Zn锭、Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为10：15：75，Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％，当温度升至700～730℃时，保温5～10分钟后冷却得到强韧性镁合金。
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