[发明专利]耐热铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料技术领域的镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种耐热铸造镁合金。

背景技术

当前轻量化逐渐成为现代汽车的发展方向，镁合金作为最有前途的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。而目前汽车上的镁合金件，基本上都是压铸件。现有铸造镁合金中，以AZ91D、AM50等合金的应用最为广泛，这些镁合金具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和压铸性能。然而，当工作温度超过120℃时，这些合金的蠕变性能急剧下降，因此不能用于生产汽车动力传动和承载系统等结构件。目前正在研究和开发的汽车用耐热镁合金主要有Mg-RE-zn、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Zn-Al-Ca、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Si等合金系。在这些已得到试制研究的耐热镁合金中，Mg-RE-Zn合金在低于200℃具有稳定的显微组织，有良好的高温抗蠕变性能。

经对现有技术的文献检索发现，澳大利亚CAST研究中心开发的Mg-RE-Zn-Zr合金(专利号：WO2006105594A1)，主要针对低于200℃的工作条件下应用，以Nd为主加的稀土元素，在此基础上添加富Ce的混合稀土，并添加适量的Zn、Zr。该合金在低于200℃的条件下具有良好的抗蠕变性能。其不足之处在于：一方面添加的合金元素的种类过多，工艺比较复杂，另一方面合金在室温和高温条件下的抗拉强度较低。此外，目前针对Mg-Y-Zn-Zr四元合金的研究中，一般Y的含量均比较高，存在着明显的不足：一方面Y的含量较高，成本高；另一方面，合金中Y的含量较高，明显的降低了合金的流动性，影响了合金的铸造性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种耐热铸造镁合金，使其通过用Y元素调整现有技术中的Nd和混合稀土，同时添加适量的Zn和Zr，并且添加的Y元素的含量是较低的。通过采用该合金既保证了合金良好的铸造性能，同时实现了合金的优良室温强度，高温强度和抗蠕变性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的铸造耐热镁合金的组分及其重量百分比为：1.5-4.5％Y，0.4-1.5％Zn，0.2-0.7％Zr，杂质元素Fe<0.005％，Cu<0.015％，Ni<0.002％，其余为Mg。

本发明铸造耐热镁合金的组分及其重量百分比优选方案一为：1.5％Y、1.5％Zn、0.7％Zr，杂质元素含量小于0.02％，其余为Mg。

本发明铸造耐热镁合金的组分及其重量百分比优选方案二为：3％Y、0.8％Zn、0.45％Zr，杂质元素含量小于0.02％，其余为Mg。

本发明铸造耐热镁合金的组分及其重量百分比优选方案三为：4.5％Y、0.4％Zn、0.2％Zr，杂质元素含量小于0.02％，其余为Mg。

本发明所涉及的上述铸造耐热镁合金制备方法，包括如下步骤：

第一步，按照各组分配比计算原料需要的重量百分比，原料为：镁锭(镁含量的质量分数大于99.9％)，工业纯锌，Mg-Y中间合金，Mg-Zr中间合金。

第二步，合金的熔炼工艺如下：将工业纯镁在CO₂+0.2％SF₆混合气体的保护下加热，待纯镁完全熔化后，在660-680℃加入工业纯锌，在720～740℃时加入Mg-Y中间合金，在760-770℃加入Mg-Zr中间合金，保温2-3分钟后搅拌，再升温至780-790℃并在该温度下保温10分钟左右，然后将温度调节到750-760℃精炼，并保温30分钟后降温至720～740℃进行重力铸造或者降温至695-715℃进行压铸或700℃进行挤压铸造。

本发明合金中的稀土Y与Mg形成具有较高热稳定性的Mg₂₄Y₅强化相，该相主要沿晶界分布，有效阻碍了晶界滑移；同时Y固溶于合金基体，能获得比Nd更好的固溶强化效果。从而提高合金的室温和高温抗拉强度。Zn主要固溶于Mg₂₄Y₅相中，提高了合金的高温抗蠕变性能；同时Zn的加入可以提高合金的流动性。Zr的加入显著细化了晶粒，提高了合金的强度和塑性。

对合金流动性而言，由于本合金中添加的Y较少，对纯镁的流动性影响不大，而且由于Y能够净化熔体，提高了合金的流动性，因此该合金具有优良的流动性能。