CN107419149A - 一种Al‑P中间合金增强的Mg‑Sn‑Si‑Al‑P镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Al‑P中间合金增强的Mg‑Sn‑Si‑Al‑P镁合金，由以下重量百分比的组分组成：5.0％～8.0％的Sn、1.0％～2.5％的Si、0.0965％～0.965％的Al、0.0035％～0.035％的P、88.2％％～93.4％的Mg和不超过0.5％的杂质，还公开了一种Al‑P中间合金增强的Mg‑Sn‑Si‑Al‑P镁合金的制备方法。与传统Mg‑Sn‑Si镁合金相比，本发明制得的Mg‑Sn‑Si‑Al‑P镁合金在综合性能方面得到明显提高，Mg2Si尺寸可细小到8～20um，合金的布氏硬度可达到115～125HBW，抗拉强度可达到170MPa～195MPa，伸长率可达到4.2％～4.8％；采用本发明的制备工艺，合金液温度相对较低，P损耗少，Mg氧化轻，成分易于控制，从而提升了合金品质，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金具有高的比强度和刚度、减震性能、磁屏蔽性能、切削性能及可回收性，使得镁合金近年来在工业上得到了越来越广泛的应用。其中，又以镁合金在汽车零部件中的应用为重点，以满足汽车工业轻量化的要求。由于汽车轮毂等零部件需要具有较高强度和较高塑性的材料，并且要求耐磨，耐腐蚀，表面光洁度好，能在较恶劣的环境条件下使用，所以镁合金在汽车上的应用一直是研究应用的热点。目前，Mg-Sn-Si系镁合金的综合性能仍达不到汽车轮毂等零件的使用要求，尤其是强度方面。
发明内容
针对目前Mg-Sn-Si系镁合金强度低的状况，本发明提供一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金及其制备方法，Mg-Sn-Si-Al-P镁合金在综合性能方面得到明显提高，改善了合金的抗拉强度，提高了布氏硬度，提升了合金品质；制备方法采用在Mg-Sn-Si系镁合金的基础之上，通过适当工艺加入一定量的Al-P中间合金，通过调质细化处理，改善合金的强度。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，由以下重量百分比的组分组成：5.0％～8.0％的Sn、1.0％～2.5％的Si、0.0965％～0.965％的Al、0.0035％～0.035％的P、88.2％～93.4％的Mg和不超过0.5％的杂质。制备的此范围的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的Mg2Si尺寸可细小到8～20um，合金的布氏硬度可达到115～125HBW，抗拉强度可达到170MPa～195MPa，伸长率可达到4.2％～4.8％。
作为优选，一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，由以下重量百分比的组分组成：5.5％的Sn、1.25％的Si、0.25％的Al、0.01％的P、92.7％的Mg和0.29％的杂质。制备的该Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的Mg2Si尺寸可细小到8um，合金的布氏硬度可达到125HBW，抗拉强度可达到195MPa，伸长率可达到4.8％。
一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按一定重量配比的Sn、Mg-Si中间合金和Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热并升温至740℃～760℃熔化，待合金完全熔化，静置20～30分钟，熔炼过程中通入气体保护；
(2)加热待熔体温度达到740～760℃时，加入一定重量配比的Al-P中间合金，搅拌均匀后，待Al-P中间合金完全熔化并且将合金液调至730～750℃，静置15～20分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，熔炼过程中通入气体保护。
作为优选，步骤(1)中所述Mg-Si中间合金选用Mg-5.3％Si中间合金的形式。
作为优选，步骤(1)中按重量配比的5.0％～8.0％的Sn、18.9％～47.2％的Mg-5.3％Si中间合金、42.3％～75.1％的Mg为原料。
作为优选，步骤(1)中按重量配比的5.5％的Sn、23.6％的Mg-5.3％Si中间合金、69.65％的Mg为原料。
作为优选，步骤(2)中所述Al-P中间合金选用Al-3.5％P中间合金的形式。
作为优选，步骤(2)中加入质量分数为0.1％～1.0％的Al-3.5％P中间合金。
作为优选，步骤(2)中加入质量分数为0.3％的Al-3.5％P中间合金。
作为优选，步骤(1)和步骤(2)中，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。
通过添加Al-P中间合金到上述熔融态的Mg-Sn-Si镁合金中，在Mg-Sn-Si镁合金中，一部分P是以固溶态存在于颗粒状的Mg2Si相中，另一部分的P以Al-P的形式存在，由于P和Al-P的存在而使得汉字状的Mg2Si晶体生长速度发生了改变，从而促进Mg2Si相向颗粒状的转变。
Al-P中间合金作为变质细化剂加入到Mg-Sn-Si镁合金之中，Al-P化合物颗粒分散分布在镁熔液中，从而形成大量的异质核心，然后Mg2Si初生相以Al化合物作为形核核心而长大，因此，Al-P中间合金变质细化剂起到了变质Mg2Si相的作用。通过变质细化作用，在不明显降低该系镁合金弹性模量的前提下，有效提高细化了Mg2Si尺寸，提高了合金的强度和硬度等性能。
本发明的有益效果为：
(1)与传统Mg-Sn-Si镁合金相比，本发明制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金在综合性能方面得到明显提高，Mg2Si尺寸可细小到8～20um，合金的布氏硬度可达到115～125HBW，抗拉强度可达到170MPa～195MPa，伸长率可达到4.2％～4.8％。
(2)采用本发明的制备工艺，合金液温度相对较低，P损耗少，Mg氧化轻，成分易于控制，从而提升了合金品质，制造成本低。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例1
本发明实施例制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金材料由以下重量百分比的组分组成：5.0％的Sn、1.0％的Si、0.0965％的Al、0.0035％的P、93.4％的Mg和0.5％的杂质。
采取以下步骤制得：
(1)按重量配比为5.0％的Sn、18.9％的Mg-5.3％Si中间合金、75.1％的Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热熔化并升温至740℃，待合金完全熔化，静置20分钟，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护；
(2)待熔体温度达到740℃时，加入质量分数为0.1％的Al-3.5％P中间合金，搅拌均匀后，待中间合金完全熔化并且将合金液调至730℃℃，静置15分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，所得合金性能见表1。
实施例2
本发明实施例制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金材料由以下重量百分比的组分组成：5.0％的Sn、1.0％的Si、0.965％的Al、0.035％的P、92.5％的Mg和0.5％的杂质。
采取以下步骤制得：
(1)按重量配比为5.0％的Sn、18.9％的Mg-5.3％Si中间合金、75.1％的Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热熔化并升温至760℃，待合金完全熔化，静置30分钟，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护；
(2)待熔体温度达到760℃时，加入质量分数为1.0％的Al-3.5％P中间合金，搅拌均匀后，待中间合金完全熔化并且将合金液调至750℃，静置25分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，所得合金性能见表1。
实施例3
本发明实施例制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金材料由以下重量百分比的组分组成：5.5％的Sn、1.25％的Si、0.25％的Al、0.01％的P、92.7％的Mg和0.29％的杂质。
采取以下步骤制得：
(1)按重量配比为5.5％的Sn、23.6％的Mg-5.3％Si中间合金、69.65％的Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热熔化并升温至750℃，待合金完全熔化，静置25分钟，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护；
(2)待熔体温度达到750℃时，加入质量分数为0.3％的Al-3.5％P中间合金，搅拌均匀后，待中间合金完全熔化并且将合金液调至740℃，静置20分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，所得合金性能见表1。
实施例4
本发明实施例制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金材料由以下重量百分比的组分组成：8.0％的Sn、2.5％的Si、0.0965％的Al、0.0035％的P、89.1％的Mg和0.3％的杂质。
采取以下步骤制得：
(1)按重量配比为8.0％的Sn、47.2％的Mg-5.3％Si中间合金、42.3％的Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热熔化并升温至760℃，待合金完全熔化，静置30分钟，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护；
(2)待熔体温度达到760℃时，加入质量分数为0.1％的Al-3.5％P中间合金，搅拌均匀后，待中间合金完全熔化并且将合金液调至750℃，静置25分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，所得合金性能见表1。
实施例5
本发明实施例制得的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金材料由以下重量百分比的组分组成：8.0％的Sn、2.5％的Si、0.965％的Al、0.035％的P、88.2％的Mg和0.3％的杂质。
采取以下步骤制得：
(1)按重量配比为8.0％的Sn、47.2％的Mg-5.3％Si中间合金、42.3％的Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热熔化并升温至740℃，待合金完全熔化，静置20分钟，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护；
(2)待熔体温度达到740℃时，加入质量分数为1.0％的Al-3.5％P中间合金，搅拌均匀后，待中间合金完全熔化并且将合金液调至730℃℃，静置15分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金。熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护，所得合金性能见表1。
选取与实施例合金组元相近的Mg-5％Sn-1.25％Si镁合金作为对比例，Mg-5％Sn-1.25％Si镁合金的组成成分为：5.0％的Sn、1.25％的Si，93.75％的Mg。对比例和实施例的力学性能对比结果如表1所示。结果表明，本发明合金比Mg-5％Sn-1.25％Si镁合金的综合力学性能明显提升：Mg2Si颗粒晶粒尺寸由22um最低降至8um，降低了63.6％；抗拉强度最高提高43MPa，提高了25.8％；伸长率％由4.2％最高升高至4.8％，硬度变化不大。
表1本发明实施例和对比例的室温力学性能
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (10)
1.一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：5.0％～8.0％的Sn、1.0％～2.5％的Si、0.0965％～0.965％的Al、0.0035％～0.035％的P、88.2％～93.4％的Mg和不超过0.5％的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：5.5％的Sn、1.25％的Si、0.25％的Al、0.01％的P、92.7％的Mg和0.29％的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按一定重量配比的Sn、Mg-Si中间合金和Mg为原料，将铁坩埚预热到220℃下放入原料，加热并升温至740℃～760℃熔化，待合金完全熔化，静置20～30分钟，熔炼过程中通入气体保护；
(2)加热待熔体温度达到740～760℃时，加入一定重量配比的Al-P中间合金，搅拌均匀后，待Al-P中间合金完全熔化并且将合金液调至730～750℃，静置15～20分钟后浇注铁模具中凝固成形，制得Mg-Sn-Si-Al-P镁合金，熔炼过程中通入气体保护。
4.根据权利要求3所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述Mg-Si中间合金选用Mg-5.3％Si中间合金的形式。
5.根据权利要求4所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中按重量配比的5.0％～8.0％的Sn、18.9％～47.2％的Mg-5.3％Si中间合金、42.3％～75.1％的Mg为原料。
6.根据权利要求5所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中按重量配比的5.5％的Sn、23.6％的Mg-5.3％Si中间合金、69.65％的Mg为原料。
7.根据权利要求3所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述Al-P中间合金选用Al-3.5％P中间合金的形式。
8.根据权利要求7所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加入质量分数为0.1％～1.0％的Al-3.5％P中间合金。
9.根据权利要求8所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加入质量分数为0.3％的Al-3.5％P中间合金。
10.根据权利要求3～9任一项所述的一种Al-P中间合金增强的Mg-Sn-Si-Al-P镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中，熔炼过程中通入SF6:CO2体积比为1:200的气体保护。
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