CN101871068A - 一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本的、含锡(Sn)与铝(Al)的高强度高塑性镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域，通过合理选择合金化元素，解决现有技术中AZ91系列合金普遍存在塑性较差的问题，以及AM60/50合金存在强度不高的缺陷。镁合金组分及重量百分比为：3-7％Al，3-6％Sn，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。熔炼过程在气体保护下进行，将工业纯美熔化后，分别加入纯Sn、纯Al，等合金元素完全溶解后精炼，保温除渣后进行铸造。本发明合金在铸态下，抗拉强度σ_b达到210-250MPa，屈服强度σ_0.2达到90-180MPa，延伸率δ达到11-16％，具有高的强度与优良的塑性，不需要热处理，即可直接使用。

Description

一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种低成本的、含锡(Sn)与铝(Al)的高强度高塑性镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术：

镁合金作为一种新型金属材料，以其密度小、比强度和比刚度高等优点，在航空航天、汽车以及电子产品等领域获得了广泛应用。目前，镁及镁合金的需求量每年以20％的速率增长，被誉为是“二十一世纪的绿色工程材料”。

目前，商用镁合金基本上可以分为铸造镁合金与变形镁合金两大类。在铸造镁合金中，AZ系列应用最广泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。但是，AZ91系列合金普遍存在塑性较差的问题，而AM60/50合金则存在强度不高的缺陷。

为了适应市场需求，进一步扩大镁合金的应用范围，在低成本前提下，同时提高合金强度与韧性是关键所在。尽管许多科研工作对现有的镁合金进行了晶粒细化、微合金化等研究，但是应用性不理想。因此，设计开发一种低成本、高强度高塑性镁合金是很有必要的。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种低成本的、含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法，通过合理选择合金化元素，解决现有技术中AZ91系列合金普遍存在塑性较差的问题，以及AM60/50合金存在强度不高的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其组分及重量百分含量为：

Sn：3-6％，Al：3-7％，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

本发明确定合金成分的设计思想是：

(1)采用Sn作为第一组分，Sn在共晶温度561℃时的固溶度为14.85％，而在200℃时固溶度为0.45％，因此Sn在镁中具有良好的固溶强化效果；同时含Sn镁合金中形成的Mg₂Sn熔点高(770℃，Mg₁₇Al₁₂为462℃)，分布弥散，具有强化作用，因此合金中加入3-6％Sn，最优重量百分比为5％。

(2)本发明合金中加入3-7％Al，Al具有固溶强化作用，同时合金中加入Al可以提高熔体流动性。

(3)本发明形成的合金晶粒较小，合金强度与塑性较高。

本发明优选配方(重量百分比)为：4％Sn，5％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

本发明上述合金的熔铸工艺如下：熔炼过程在气体保护下进行，将工业纯美熔化后，分别加入纯Sn、纯Al，等合金元素完全溶解后，采用镁合金熔炼常用的精炼剂(如RJ-2熔剂，加入量占熔体重量的1％)精炼，保温除渣后进行铸造，具体步骤如下：

(1)先将纯Mg、纯Al在150-200℃下预热20-30分钟，将纯Sn在100-150℃下预热20-30分钟，并烘干，同时将精炼剂以及模具在150-200℃预热30-60分钟；

(2)将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720℃时，向熔体中加入预热纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750℃加入精炼剂进行精炼，在730-750℃保温20-30分钟后降温至700-730℃；

(3)撇去浮渣后，在CO₂与SF₆混合气体保护下进行浇铸成型。

所述CO₂与SF₆混合气体中，SF₆体积分数为0.5％。

所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或者砂型铸造。

本发明的优点及有益效果如下：

1、与现有镁合金相比，本发明具有实质性特点和显著进步，改发明熔炼工艺简单，生产效率高，合金成本低。

2、本发明合金在铸态下，抗拉强度σ_b达到210-250MPa，屈服强度σ_0.2达到90-180MPa，延伸率δ达到11-16％，具有高的强度与优良的塑性，不需要热处理，即可直接使用。

附图说明

图1为本发明合金在铸态下的合金组织图。

具体实施方式：

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

合金成分(重量分数)为3％Sn，5％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

首先，将纯Mg、纯Al与纯Sn预热，纯Mg、纯Al在200℃预热30分钟，纯Sn在100℃预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200℃预热30分钟；然后，将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体(SF₆体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用石墨模具在150℃预热50分钟。

本实施例合金的抗拉强度为240.5MPa，屈服强度为99.0MPa，延伸率为12.4％。

如图1所示，本发明合金在铸态下的合金组织的特点是：合金凝固组织由枝晶α-Mg以及在枝晶间分布的离异共晶Mg₁₇Al₁₂与离异共晶相Mg₂Sn组成，其中A为基体α-Mg；B为Sn在枝晶间成分偏析；C为离异共晶相Mg₁₇Al₁₂；D为Mg₂Sn。

实施例2：

合金成分(重量分数)为4％Sn，7％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

首先，将纯Mg、纯Al与纯Sn预热，纯Mg、纯Al在200℃预热30分钟，纯Sn在100℃预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200℃预热30分钟；然后，将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体(SF₆体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用石墨模具在150℃预热50分钟。

本实施例合金的抗拉强度为235.0MPa，屈服强度为115.3MPa，延伸率为11.7％。

实施例3：

合金成分(重量分数)为4％Sn，3％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

首先，将纯Mg、纯Al与纯Sn预热，纯Mg、纯Al在200℃预热30分钟，纯Sn在100℃预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200℃预热30分钟；然后，将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体(SF₆体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用石墨模具在150℃预热50分钟。

本实施例合金的抗拉强度为211.5MPa，屈服强度为176.5MPa，延伸率为15.2％。

实施例4：

合金成分(重量分数)为4％Sn，5％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

首先，将纯Mg、纯Al与纯Sn预热，纯Mg、纯Al在200℃预热30分钟，纯Sn在100℃预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200℃预热30分钟；然后，将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体(SF₆体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750℃加入占熔体重量1％的RJ-2熔剂进行精炼，在750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣进行浇铸，浇铸用石墨模具在150℃预热50分钟。

本实施例合金的抗拉强度为242.5MPa，屈服强度为102.4MPa，延伸率为14.4％。

Claims (5)

1.一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其特征在于，其组分及重量百分比为：

3-6％Sn，3-7％Al，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其特征在于，其优选重量百分比为：4％Sn，5％Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)先将纯Mg、纯Al在150-200℃下预热20-30分钟，将纯Sn在100-150℃下预热20-30分钟，并烘干，同时将精炼剂以及模具在150-200℃预热30-60分钟；

(2)将纯Mg在CO₂与SF₆混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720℃时，向熔体中加入预热纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750℃加入精炼剂进行精炼，在730-750℃保温20-30分钟后降温至700-730℃；

(3)撇去浮渣后，在CO₂与SF₆混合气体保护下进行浇铸成型。

4.根据权利要求3所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于，所述CO₂与SF₆混合气体中，SF₆体积分数为0.5％。

5.根据权利要求3所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于，所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或者砂型铸造。

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