专利名称：一种耐热铸造镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于镁合金生产技术领域，尤其涉及一种耐热性能、铸造性能良好并且有良好蠕变性能的镁合金。
背景技术：
目前，工业上熔炼制得的镁合金只能满足单方面的要求，很难做到耐热性能、铸造性能、高温蠕变性能兼顾。如AZ91D、AM60B和AM50A合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和铸造性能，但其高温抗蠕变性能较差，不能在温度高于125℃的汽车传动系统上使用；AE42和AS21，因添加了RE和Si元素，高温抗蠕变性能显著提高，但合金液的流动性能不是太理想，因而压铸性能相对较差，这影响到最终铸件的良品率。以ZL01135566.2公开的一种镁合金为例(组成成分及其重量百分比含量为Al2～6％、Mn0.1～1.0％、Ca0.3～2.0％、Sr0.2～1.0％、RE0.1～3.0％、其余为镁和不可避免的杂质)，虽然能够满足一定的铸造技术要求，但其高温蠕变性能还是很难满足具有较高技术要的铸造生产技术。
发明内容
本发明要解决的就是现有的镁合金的高温蠕变性能差的问题，提供一种压铸性能良好并且有良好蠕变性能的镁合金。
本发明各组分的重量百分比为Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3.0～4.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为Mg。
本发明采用的制备方法包括如下步骤1、将工业镁锭、铝锭投入已准备好的干净的坩埚中加底熔剂熔化，底熔剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，同时撒入覆盖剂，覆盖剂的用量约占炉料质量的0.003～0.005％，整个熔化过程时间控制在2～6h，且镁液最终温度控制在670～690℃；2、熔化结束后向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加精炼剂与氯化锰进行精炼，精炼剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，时间控制在30min，温度控制在680～750℃；3、精炼结束后镁合金液控制温度至700～729℃时加入稀土元素铈，时间控制在25min，温度控制在700～720℃；4、静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在45min，温度在降至680～710℃时进行密闭转移合金液到保温炉；然后在保温炉中加入铝钙中间合金和铝锶中间合金进行合金化处理，熔化过程温度始终控制在660～680℃，时间控制在15min；5、最后在660～680℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为SF6、CO2、N2、SO2、干燥空气混合气体或混合气体保护气氛，时间一般控制在40～60分钟。
上述制备过程中所采用的底熔剂、覆盖剂、精炼剂与现有普通镁合金制备工艺中所使用的底熔剂、覆盖剂、精炼剂相同，无特殊要求。
本发明通过添加金属元素钙，一方面可以减轻镁合金熔液的氧化，另一方面细化晶粒，提高合金蠕变抗力。还可以降低镁合金的微电池效应，提高其耐腐蚀能力。
本发明通过添加金属元素锶，可以细化AlCa相，一定程度上提高其力学性能和高温蠕变性能。
本发明中同时添加金属元素钙和锶的目的主要是利用碱土金属的交互性来消除单金属加入时可能出现的不足或缺陷。
本发明中添加稀土元素铈，是通过析出相强化和晶界相相互作用使其抗蠕变性能显著提高。同时三价稀土元素提高了电子浓度，可以增强镁合金原子间的结合里，减小了镁在200～300℃的原子扩散速度。同时熔点相对较低的稀土铈，保证了该合金具有良好的流动性能。
本发明铸态下的平均抗拉强度235MPa，屈服强度160MPa，断后延伸率6％，能够进一步满足对镁合金材料的耐热性能、铸造性能、蠕变性能等有更高技术要求的生产。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述实施例1将镁锭1080kg、铝锭49.5kg投入已准备好的干净的坩埚中，加RJ-2底熔剂20kg熔化，过程中撒入RJ-3覆盖剂4kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在4h，且镁液最终温度控制在670℃；熔化结束后向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-4精炼剂20kg与氯化锰8.2kg进行精炼，时间控制在30min，温度控制在680℃；之后镁液控温至700℃时加入稀土元素铈48kg，时间控制在25min，温度控制在700℃；其后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在45min，将合金液转移到保温炉中，温度在680℃结束；然后加入铝钙中间合金17.6kg和铝锶中间合金1.3kg进行合金化处理，熔化过程温度始终控制在660℃，时间控制在15min；最后在660℃温度条件下，并在SO2气氛保护下进行浇注，时间一般控制在45分钟。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al4.5％、Mn0.30％、Ca1.1％、Sr0.10％、Ce4.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为Mg。本实施例压铸试棒的平均抗拉强度230MPa，屈服强度155MPa，断后延伸率6.5％。
本发明中加入的铝钙中间合金的有效含钙量一般控制在72.0～78.0％，铝锶中间合金的有效含锶量一般控制在87.5～91.5％。以下实施例均如此。
由于在镁液进行静置提渣及之后的沉降除杂质的过程中，可能有部分原料被清除，加上高温氧化的原因，制成的成品率在95～96％之间。因此在取样分析时有可能出现某种成分不符合合金预定的配制要求，这时应根据预定的配方，相应加入某些原料再次熔炼，直到取样分析合格为止。对于以下的实施例均有上述的要求。
实施例2将镁锭1080kg、铝锭55.8kg投入已准备好的干净的坩埚中，加RJ-2底熔剂25kg熔化，过程中撒入RJ-4覆盖剂5kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在5h，且镁液最终温度控制在680℃；熔化结束后向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-5精炼剂25kg与氯化锰9.6kg进行精炼，时间控制在30min，温度控制在715℃；之后镁液控温至710℃时加入稀土元素铈42kg，时间控制在25min，温度控制在710℃；其后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在45min，将合金液转移到保温炉中，温度在695℃结束；然后加入铝钙中间合金16.0kg和铝锶中间合金2.0kg进行合金化处理，熔化过程温度始终控制在670℃，时间控制在15min；最后在670℃温度条件下，并在CO2气氛保护下进行浇注，时间一般控制在50分钟。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al5.0％、Mn0.35％、Ca1.0％、Sr0.15％、Ce3.5％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为Mg。本实施例铸态下的平均抗拉强度235MPa，屈服强度160MPa，断后延伸率7％。
实施例3将镁锭1080kg、铝锭62.1kg投入已准备好的干净的坩埚中，加RJ-2底熔剂30kg熔化，过程中撒入RJ-4覆盖剂6kg以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在6h，且镁液最终温度控制在690℃；熔化结束后向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加RJ-6精炼剂30kg与氯化锰11kg进行精炼，时间控制在30min，温度控制在750℃；之后镁液控温至720℃时加入稀土元素铈36kg，时间控制在25min，温度控制在720℃；其后静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在45min，将合金液转移到保温炉中，温度在710℃结束；然后加入铝钙中间合金14.4kg和铝锶中间合金2.6kg进行合金化处理，熔化过程温度始终控制在680℃，时间控制在15min；最后在680℃温度条件下，并在SF6气氛保护下进行浇注，时间一般控制在55分钟。这样制得的镁合金的化学组分的重量百分比为Al5.5％、Mn0.40％、Ca0.9％、Sr0.20％、Ce3.0％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为kg。本实施例铸态下的平均抗拉强度240MPa，屈服强度165MPa，断后延伸率7.5％。
权利要求
1.一种耐热铸造镁合金，其特征在于各组分的重量百分比为Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3～4％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为Mg。
2.权利要求1所述耐热铸造镁合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤1)将工业镁锭、铝锭投入坩埚中加底熔剂熔化，底熔剂的用量占炉料质量的1.5～2.5％，同时撒入覆盖剂，覆盖剂的用量占炉料质量的0.003～0.005％，整个熔化过程时间控制在2～6h，且镁液最终温度控制在670～690℃；2)熔化结束后向镁液中吹氩气，并采用机械搅拌，同时加精炼剂与氯化锰进行精炼，精炼剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，时间控制在30min，温度控制在680～750℃；3)精炼结束后镁合金液控制温度至700～720℃时加入稀土元素铈，时间控制在25min，温度控制在700～720℃；4)静置降温，使熔剂和夹杂物沉降，时间控制在45min，温度在降至680～710℃时进行密闭转移合金液到保温炉；然后在保温炉中加入铝钙中间合金和铝锶中间合金进行合金化处理，熔化过程温度始终控制在660～680℃，时间控制在15min；5)最后在660～680℃温度条件下，并在保护气氛中进行浇注，保护气氛通常为SF6、CO2、N2、SO2、干燥空气混合气体或混合气体保护气氛，时间一般控制在40～60分钟。
全文摘要
本发明涉及一种耐热铸造镁合金及其制备方法，各组分的重量百分比为Al4.5～5.5％、Mn0.28～0.40％、Ca0.8～1.2％、Sr0.1～0.2％、Ce3～4％、Zn≤0.20％、Si≤0.08％、Fe≤0.004％、Cu≤0.008％、Ni≤0.001％、其他杂质元素≤0.05％，余量为Mg。本发明铸态下的平均抗拉强度235MPa，屈服强度160MPa，断后延伸率6％，能够进一步满足对镁合金材料的耐热性能、铸造性能、蠕变性能等有更高技术要求的生产。
文档编号B22D21/04GK101078076SQ20071002115
公开日2007年11月28日 申请日期2007年3月30日 优先权日2007年3月30日
发明者朱立春 申请人:闻喜云海金属有限公司