[发明专利]一种添加磷和硅优化AZ91镁合金力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种添加磷和硅优化AZ91镁合金力学性能的方法，属于合金性能优化技术领域。

背景技术

随着交通工具向节能、轻量化方向发展,镁合金作为一种轻质结构材料在汽车及航空航天工业中获得越来越多的应用。AZ91镁合金具有优良的铸造性能和良好的常温力学性能,而成为使用最广泛的一类镁合金。但是AZ91镁合金较差的耐高温性能限制了其使用范围。研究结果表明:AZ91镁合金的抗拉强度随着温度上升而下降,150度时的抗拉强度比25度时的下降约30%。为提高其高温性能,国内外研究人员在AZ91镁合金中添加成本较高的稀有金属如MM、Ag、Y、Nd和少量廉价合金元素(如Sb、Sn、Bi、Pb、Si等)来提高耐热性。在AZ91基础上添加Si元素的成本较低,但在结晶组织中会出现汉字状Mg2Si,恶化了其力学性能,增加了其脆性。

发明内容

本发明要解决的问题：提供一种添加磷和硅优化AZ91镁合金力学性能的方法，旨在提高合金的性能，降低生产成本，以满足工业要求。

本发明的技术方案：

一种添加磷和硅优化AZ91镁合金力学性能的方法，在井式电阻炉中采用RJ-2熔剂保护熔炼，在熔炼过程中加入硅元素和磷元素，所述其以质量分数计分别为0.7%和0.03%，熔体经过精炼变质于760度下保温15min后浇注即可。

所述的磷元素以A-l3%P中间合金形式添加。

本发明的有益效果：

1)Al-3%P中间合金中的AlP化合物相作为Mg2Si的异质形核核心,且P以固溶态形式存在于Mg2Si颗粒相中改变其生长形貌。

2)Al-3%P中间合金变质后的AZ91+0.7%Si合金的力学性能显著提高,其冲击韧性比AZ91和AZ91+0.7%Si合金的分别提高53%和47%,抗拉强度、屈服强度和延伸率也分别提高了7.5%、13%和50%。Al-3%P中间合金是一种强效变质剂。

具体实施方式：

实施例：

采用AZ91+0.7%Si和AZ91+0.7%Si+Al-3%P两种合金,合金序号及成分如表1所列。配料时考虑了合金元素的收得率,因此所得合金的实际成分与设计成分基本相符。所用原材料分别为纯镁锭含99.98%Mg、纯铝锭含99.97%Al、纯锌锭含99.98%Zn及Mg-9%Mn、Al-20%Si和Al-3%P中间合金。在井式电阻炉中采用RJ-2熔剂保护熔炼。熔体经过精炼变质于760度下保温15min后浇注到金属型铸模中(预热到200度左右),试样为直径20mmx120mm的圆柱体。

在实验中，由于A-l3%P中间合金的变质作用,使得AZ91+0.7%Si合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率明显提高。其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了7.5%、13%和50%。合金力学性能提高的主要原因为合金中Mg2Si形貌的改变,加入Al-3%P中间合金后,Mg2Si相的形貌由粗大的汉字状变为细小的颗粒状,消除了汉字状的影响;另外生成的细小Mg2Si颗粒也可以提高材料的强度。这应该从以下几个方面来考虑根据Orow-an模型,第二相粒子越小,分布越均匀,间距越小,材料的力学性能就越高。本研究中的合金经Al-3%P中间合金变质后,合金中第二相Mg2Si颗粒的平均尺寸由原来约45Lm减小为10Lm左右,且分布较为均匀,故变质后的强化效果比较明显;2)Arsenault等的研究表明:粒子周围高密度位错会引起位错增强。合金基体和Mg2Si粒子的热膨胀率分别为29x10-6K-1和7.5x10-6K-1,由于热膨胀率的差异,在粒子的周围会形成密度较高的位错区,因此,在增强相Mg2Si周围的高密度位错会引起诱导屈服增强,这有利于强化基体合金;3)由于合金晶粒细化的作用,加入Al-3%P中间合金后,合金的组织发生了明显的细化。