CN101988169B - 高强度铸造镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
高强度铸造镁合金及其制备方法，镁合金组分及质量百分比为：Cu2%，Zn7%，Mn0.7%，Y0.01~4%，余量Mg；也可以不加入金属Y；制备方法：按上述百分比配料；用铁坩埚在电阻炉中熔炼Mg，再加入金属Cu、Zn、Mn和Y，温度720℃~770℃，用N2和SF6混合作为保护气体，将得到的液态金属在710℃~750℃浇注；所得产物在380℃~420℃固溶3~6小时，再在170℃~190℃时效10~20小时，得到高强度铸造镁合金，抗拉强度≥320MPa、延伸率≥5%，具有良好的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种高强度铸造镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金是实际应用中最轻质的工程结构材料，具有密度低，比强度、比刚度高，电磁屏蔽能力强，减震性能好，资源丰富，尺寸稳定，阻尼性、铸造性能、切削加工性能优良及易回收，无污染等一系列优点，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”之一，在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域得到日益广泛的应用。近年来，镁合金在世界范围内的年增长率高达20%，应用前景十分可观。十五期间，我国在攻关计划和863计划中相继启动了相关镁合金材料开发及产业化工作，有效地推动了我国镁合金的应用。
然而，近年来镁合金应用的广泛性仍远不如铝合金，究其原因主要是目前的镁合金还存在以下显著缺点：（1）绝对强度仍然偏低，尤其是高温力学性能较差，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降；（2）室温塑性低，变形加工能力较差；（3）化学活性高、易于氧化燃烧、使其熔炼加工困难；抗腐蚀性差，缺乏有效和积极的腐蚀防护途径。因此，开发高强度、综合性能优异的镁合金已成为近20年镁合金研究领域的重要课题。
在高强度镁合金的研究中，镁合金主要通过合金元素产生的固溶强化、细晶强化和弥散强化等作用来提高镁合金的性能。Zn元素能够增加熔体流动性，有形成显微缩松倾向，是弱的晶粒细化剂。Zn在镁合金中的固溶度约为6.2%，有沉淀硬化作用，可以提高铸件的抗蠕变性能。在Mg-Zn合金中添加适量的稀土元素和锆元素，可制备ZE41或ZE63合金。ZE41合金是此系列中应用最为广泛的合金，经T5时效处理后，在150℃时具有中等强度，常用于飞机变速箱壳。因此，高强度铸造Mg-Zn系列合金的研发具有极其重要的意义。
发明内容
本发明提供一种高强度铸造镁合金及其制备方法，其目的是制备出抗拉强度≥320MPa、延伸率≥5%的高强度铸造镁合金。
本发明是通过以下技术方案实施的：
高强度铸造镁合金，其特征在于：镁合金中的组分及质量百分比为：Cu 2%，Zn 7%，Mn 0.7%，余量为Mg。
镁合金中的组分及质量百分比为：Cu 2%，Zn 7%，Mn 0.7%，Y 2~4%，余量为Mg。
镁合金的抗拉强度≥320MPa。
镁合金的延伸率≥5%。
高强度铸造镁合金的制备方法，其特征在于：所述方法按以下步骤进行：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn和金属Mn，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%，余量为Mg的比例配料；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn和Mn，控制熔炼温度720℃～770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，得到液态金属；
（3）浇铸：将液态金属在710℃～750℃浇注，得到铸件；
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃～420℃条件下固溶3～6小时后，再在170℃～190℃条件下时效10～20小时，得到高强度铸造镁合金。
所述方法按以下步骤进行：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 2~4%，余量为Mg的比例配料；
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y，控制熔炼温度720℃～770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，得到液态金属；
（3）浇铸：将液态金属在710℃～750℃浇注，得到铸件；
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃～420℃条件下固溶3～6小时后，再在170℃～190℃条件下时效10～20小时，得到高强度铸造镁合金。
浇注时，在正常铸造工艺下，模型采用金属型或砂型。
本发明方法制备的高强度铸造镁合金，抗拉强度≥320MPa、延伸率≥5%，具有良好的综合力学性能。
附图说明：
图1为实施例线切割的拉伸样品尺寸；
图2为实施例1制备的Mg-2Cu-7Zn-0.7Mn-3Y合金的应力-应变曲线。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 3%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 3%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y。控制熔炼温度720℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在710℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃条件下固溶6小时后，再在170℃温度条件下时效18小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn3Y）抗拉强度为375MPa，延伸率为9%。
该实施例制得的镁合金Mg2Cu7Zn0.7Mn3Y应力-应变曲线如图2所示。
拉伸样品采用线切割取样，样品尺寸如图1所示，L1=40mm，L2=20mm，L3=12mm，L4=3mm，R1=4.5mm，φ1=φ2=3mm。
实施例2：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 0.01%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 0.01%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y。控制熔炼温度730℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在720℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在390℃条件下固溶4小时后，再在175℃温度条件下时效17小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn0.01Y）抗拉强度为328MPa，延伸率为7.8%。
实施例3：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 1%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 1%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y。控制熔炼温度770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在750℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在420℃条件下固溶3小时后，再在190℃温度条件下时效14小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn1Y）抗拉强度为330MPa，延伸率为6.8%。
实施例4：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 4%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 4%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y。控制熔炼温度760℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在740℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在410℃条件下固溶5小时后，再在185℃温度条件下时效20小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn4Y）抗拉强度为367MPa，延伸率为8.2%。
实施例5：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 2%、余量为Mg。
制备方法如下：
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn、金属Mn和金属Y，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、Y 2%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn、Mn和Y。控制熔炼温度730℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在720℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在390℃条件下固溶5小时后，再在175℃温度条件下时效10小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn2Y）抗拉强度为335MPa，延伸率为7.2%。
实施例6：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg。
制备方法如下。
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn和金属Mn，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn和Mn。控制熔炼温度750℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在730℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在400℃条件下固溶4小时后，再在180℃条件下时效15小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn）抗拉强度为325MPa，延伸率为7.6%。
实施例7：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg。
制备方法如下。
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn和金属Mn，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn和Mn。控制熔炼温度740℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在710℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃条件下固溶3小时后，再在180℃条件下时效12小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn）抗拉强度为321MPa，延伸率为7.3%。
实施例8：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg。
制备方法如下。
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn和金属Mn，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn和Mn。控制熔炼温度770℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在725℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在395℃条件下固溶4小时后，再在190℃条件下时效20小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn）抗拉强度为332MPa，延伸率为7.7%。
实施例9：
高强度铸造镁合金，按质量百分比化学成分为：Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg。
制备方法如下。
（1）配料：原料采用金属Mg、金属Cu、金属Zn和金属Mn，按照质量百分比Cu 2%、Zn 7%、Mn 0.7%、余量为Mg的比例配料。
（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Cu、Zn和Mn。控制熔炼温度720℃，采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。
（3）浇铸：将液态金属在750℃浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。
（4）热处理：将步骤（3）所得产物在420℃条件下固溶6小时后，再在170℃条件下时效10小时，得到高强度铸造镁合金。
得到的镁合金（Mg2Cu7Zn0.7Mn）抗拉强度为340MPa，延伸率为8%。
Claims (3)
1.高强度铸造镁合金，其特征在于：镁合金中的组分及质量百分比为：Cu 2%，Zn 7%，Mn 0.7%，Y 2~4%，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述高强度铸造镁合金，其特征在于：镁合金的抗拉强度≥320MPa。
3.根据权利要求1所述高强度铸造镁合金，其特征在于：镁合金的延伸率≥5%。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120829 Termination date: 20131209 |