[发明专利]一种多元耐热镁合金

说明书

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种多元耐热镁合金。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优异的铸造性能、机械加工性能和充型流动性，有着非常广泛的应用前景。近年来镁合金在汽车上应用日益增多，汽车采用镁合金可以减重，同时减少了尾气排放，因此进行镁合金的研究开发对于节约能源、抑制环境污染有着重要意义。但是，镁合金的强度和耐热性能不佳，例如普通牌号的AZ91镁合金，由于其主要强化相Mg₁₇Al₁₂的熔点仅为438℃，在高于100℃环境下使用时强化相易软化，导致合金高温强度下降，严重限制了其应用范围，因此提高镁合金的强度和耐热性能是镁合金材料研究领域的重要课题。

国内外对具有高温抗蠕变性能的耐热镁合金的研究给予了高度重视，先后开发了Mg-Al-Si、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Sn、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Y-Nd等系列耐热镁合金，然而在上述所研制的耐热镁合金中真正得到应用的仅有少数，如Mg-Al-RE系列中的AE42合金、Mg-Y-Nd系列中的WE43和WE54、Mg-Al-Ca系列中的AX51以及Mg-Al-Si系列中的AS41和AS21等，这些得到应用的耐热镁合金也因为各自不同的问题使得应用范围受到限制，如AE42和WE43等均含有大量的RE等贵金属元素，合金成本较高限制了其广泛应用；而对于含Si的AS41和AS21合金，其组织中存在粗大汉字状的Mg2Si相，损害了其力学性能。因此，研发经济性高、强度和塑性好、蠕变性能优异的新型耐热镁合金，能够很大程度上扩大镁合金的应用范围，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好高温强度和高温抗蠕变性能的多元耐热镁合金。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种多元耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5%～7%Al，0.5%～1.2%Y，0.3%～1%Nd，0.5%～1%Ca，0.5%～1%Sb，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.2%，余量为Mg。

所述多元耐热镁合金是由Mg、Al、Sb和中间合金Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Ca为原料熔炼铸造并经过热处理制成的。

按上述组分配制合金，其熔铸工艺为：采用刚玉坩埚、中频感应炉，在CO₂+SF₆混合气体保护下熔炼，先加入Mg，熔化后加入Al、Sb和中间合金，待镁液升温至750℃时，浇铸到钢制模具中，得铸态镁合金，后进行热处理，即得。所述热处理是对铸态镁合金依次进行固溶处理和时效处理。所述固溶处理的处理温度为420℃，处理时间为20小时。所述时效处理的处理温度为220℃，处理时间为16小时。

本发明的多元耐热镁合金组分为Mg-Al-Y-Nd-Ca-Sb。Al是镁合金中重要的合金元素，在镁基体中有很大的固溶度，可以起到明显的强化作用，其强化作用表面在两方面，一是通过形成Mg₁₇Al₁₂相的第二相强化，二是通过Al原子在镁基体中的固溶强化。由于Mg₁₇Al₁₂相易于软化，故合金中Al的含量控制在7%以下，但是过低的Al会损害镁合金的铸造性能，Al的含量不应低于5%，故多元耐热镁合金中的Al含量为5%～7%。多元合金化是提高Mg-Al系镁合金的有效方法，在所有合金元素中，RE元素是提高镁合金耐热性能最有效的合金元素，RE主要通过固溶强化和第二相析出强化来改善镁合金高温性能，本发明通过添加少量的RE元素Y和Nd改善镁合金组织和高温性能，RE的过量加入会增加合金密度，更重要的是会提高合金成本，故本发明中Y和Nd的添加量分别为0.5%～1.2%和0.3%～1%。少量Ca的加入可与Mg生成高熔点强化相Mg₂Ca，改善高温强度和抗蠕变性能，但Ca过量会影响铸造性能，因此本发明中Ca加入量不高于1wt%。加入少量的Sb可改善镁合金的力学性能，Sb可细化晶粒，提高室温强度，也可与Mg生成高熔点强化相Mg₃Sb₂，改善高温强度，但Sb过量会影响铸造性能和力学性能，因此本发明中Sb加入量不高于1wt%。