專利名稱：一種MgAlZn系耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種MgAlZn系適用于鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
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，以實現(xiàn)減輕車身重量的目的。
目前，國產(chǎn)MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有YM302、YM303、YM304、YM305 ;美國標(biāo)準(zhǔn) ASTM B的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有AZ91A、AZ91B、AZ91D ;日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有MDC1B、MDC1D ;歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN的MgAlZn系壓鑄鎂合金牌號有EN-MC21110、 EN-MC21120, EN-MC21121。這些牌號的合金具有流動性、機械加工性、鑄造性能都十分優(yōu)良的特點，并且由于含有合金元素Zn，因此，抗拉強度也十分優(yōu)良，并且被廣泛用于壓鑄、金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、半固態(tài)鑄造、砂型鑄造等鑄造形式。另外,MgAlZn系鎂合金也有用于變形鎂合金方向的。
在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題汽車上的某些部件，如變速箱箱體、發(fā)動機箱蓋等，工作溫度較高，并且也存在著輕量化的需求。但上述 MgAlZn系鎂合金由于合金組織中β相以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點較低，不耐高溫，上述 MgAlZn系鎂合金在在200°C高溫下的抗拉強度均小于90MPa，因此其生產(chǎn)的部件不適于在高溫環(huán)境下工作，因而無法滿足汽車上述部件的耐高溫需求。
因而，本領(lǐng)域急需一種力學(xué)性能優(yōu)良、耐高溫、能適用于鑄造并有一定軋制變形能力的鎂合金。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實施例提供了一種具有著良好力學(xué)性能的MgAlZn系耐熱鎂合金。所述技術(shù)方案如下
一種耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土(RE)及Nb組成，其重量百分組成為 Al1. 5% -18%, Zn O.1 % -3. 5 %, Mn O.1 % -2. 2 %, RE O. 0002 % -8 %, Nb O. 0002% -2.2%，其余為 Mg。
其中，所述稀土為Gd、Y、Sc、Pr、Yb、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、Sc、Pr、Yb、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Al1. 5% -10%, Zn O. 3% -1%, Mn O. 1% -O. 6%, Gd O. 1% -4%, NbO. 05% _1%，其余為 Mg。
更優(yōu)選，其重量百分組成為Al 7% -9. 7%, Zn O. 35% -1%, Mn O. 12% -O. 6%, Gd O. 1% -O. 8%, Nb O. 05% -O. 6%，其余為 Mg。
最優(yōu)選，其重量百分組成為Al 8%, Zn 0.6%、Mn 0.3%、Gd l%,Nb 0.5%，其余為Mg。
其中，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是本發(fā)明提供的鎂合金中，由于 RE能與Mg形成MgRE化合物，Nb能和其他元素(如Al)形成一些耐高溫的金屬化合物,這些金屬化合物分布在晶界上，替代了部分Mg17Al12P相，改變了 β相的結(jié)構(gòu)，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下
1、本發(fā)明實施例提供的鎂合金可通過以下三種熔煉工藝制作
工藝一按照本發(fā)明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、鋅錠、MgMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl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采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到 7200C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGcUMgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在 7200C _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700°C _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)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑和中間合金產(chǎn)品為市場銷售產(chǎn)品；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)明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在真空爐中加入鋁錠、鋅錠、AlMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，升溫至 820°C，保溫2-8小時，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720V _780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(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)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、 RE和中間合金為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
工藝三照本發(fā)明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準(zhǔn)備好所需量的原材料，在熔爐中加入標(biāo)準(zhǔn)牌號MgAlZn系壓鑄鎂合金與AlNb中間合金或NbAl中間合金，上述金屬快熔化時采用氣體保護(hù)或者鎂合金覆蓋劑保護(hù)。升溫到720°C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE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 7000C _740°C扒渣，然后進(jìn)行澆注，即得到本發(fā)明合金的鑄件。
本工藝中保護(hù)氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、RE和中間合金為市場上銷售產(chǎn)品；精煉處理方法采用本行業(yè)的常規(guī)方法。
2、本發(fā)明實施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進(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。本發(fā)明實施例采用的熱處理即T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至405°C，保溫16小時，鑄造件出爐后水淬，水溫40°C。
受熔煉過程選用原料的純度及熔煉、鑄造過程中其他一些不可避免的因素的影響，本發(fā)明實施例提供的鎂合金鑄件會含有不可避免的雜質(zhì)，如Zn、Fe、Cu等，只要所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5%，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%，就不會對鎂合金的性能造成明顯影響。
實施例1
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 18%, Zn 3. 5%,Mn 2. 2%, Y 8%, Nb 2.2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例2
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 15%, Zn O. 2%, Mn O. 7%, Sc 7%, Nb 2.2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例3
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，耐熱鎂合金的重量百分組成為 Al1. 5%,Zn O. 12%,Mn O.1 %, Sm O. 001%, Nb O. 001 %，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例4
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al1. 5%'Zn O. 3%, Mn O. l%,Nd O.1 %, Nb O. 005%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例5
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 10%, Zn 1%,Μη O. 6%, La 4%, Nb 1%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例6
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用金屬型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%'Zn O. 8%, Mn O. 5%,Gd 3%, Nb 0.8%，其余為 Mg。
鑄件進(jìn)行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例7
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%, Zn O. 8%,Mn O. 5%,Gd 2%, Ce l%,Nb 0.8%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例8
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 2%, Zn O. 8%, Mn O. 5%, Ce 3%, Nb 0.8%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例9
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7%'Zn O. 35%, Mn O. 12%,Tb O.1 %, Nb O. 05%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例10
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 9. 7%, Zn 1%,Μη O. 6%, Dy O. 8%, Nb 0.6%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例11
按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過程中所用的所述標(biāo)準(zhǔn)牌號壓鑄鎂合金為AZ91D，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為Al 9%, Zn O. 4%, Mn O. 2%, Ho O. 7%, Nb 0.5%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例12
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%'Zn O. 9%, Mn O. 5%'Gd O. 2%, Nb O. 1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例13
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn O. 9%,Mn O. 5%,Gd O. l%,Er O. l%,Nb O. 1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例14
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 Al 7. 5%, Zn O. 9%, Mn O. 5%, Er O. 2%, Nb 0.1%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例15
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為 Al 8%'Zn O. 6%, Mn O. 3%,Gd l%,Nb 0.5%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
對比實施例
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為Al 8%, Zn 0.6%、Mn 0.3%、Gd I%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
以上各實施例提供的鎂合金鑄件均含有不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5 %，單一雜質(zhì)在所述鎂合金成品中的重量百分比 < O. 1%。
鑄件的力學(xué)性能測試在電子萬能試驗機上進(jìn)行。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
表I各實施例提供的鎂合金鑄件的力學(xué)性能參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種MgAlZn系耐熱鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土及 Nb 組成，其重量百分組成為 Al1. 5% -18%, Zn O.1 % -3. 5%, Mn 0.1%-2. 2 %、稀土0.0002 % -8%, Nb O. 0002 % -2. 2%,其余為 Mg。
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、Sc、Pr、Yb、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、Sc、Pr、 Yb、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任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al1.5% -10%,Zn O. 3% -1%,Μη O. 1% -O. 6%,Gd O. 1% -4%,Nb O. 05% _1%，其余為 Mg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al 7% -9. 7%,Zn O. 35% -1%,Μη O. 12% -O. 6%,Gd O. 1% -O. 8%,Nb O. 05% -O. 6%，其余為Mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為Al8%, ZnO. 6%、Mn O. 3%,Gd l%,Nb 0.5%，其余為 Mg。
7.按權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MgAlZn系耐熱鎂合金，屬于鎂合金領(lǐng)域。所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土及Nb組成，其重量百分組成為Al 1.5％-18％、Zn 0.1％-3.5％、Mn 0.1％-2.2％、稀土0.0002％-8％、Nb 0.0002％-2.2％，其余為Mg。本發(fā)明通過在鎂合金中添加稀土及Nb元素，改變了β相的結(jié)構(gòu)，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優(yōu)良力學(xué)性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號C22C1/03GK102994840SQ20111026706
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者馮俊 申請人:武漢鐵盟機電有限公司