[发明专利]一种低成本多元耐热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体的说是一种低成本多元耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金作为现阶段工程应用中最轻的金属结构材料，具有低的密度、高的比强度和比刚度、优异的阻尼减震性能以及良好的散热性，在许多领域都具有非常优异的应用潜力，特别是在航空航天、汽车摩托车和高速轻轨列车以及3C产品方面具有难以替代的应用优势。

目前商用镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。在铸造镁合金中AZ系由于具有室温力学性能优异、流动性好、热烈倾向小、低廉的价格和铸造工艺简单而应用最为广泛，主要有AZ91系列和AM60/50等系列，但是该系列合金存在塑性较差以及高温力学性能较差的缺陷。

为了适应市场的需要，扩大镁合金的应用范围和领域，科研工作对现有的镁合金进行了大量研究，主要利用合金化提高镁合金的室温和高温力学性能，所用的合金化元素主要有稀土元素和碱土元素以及铝、锌、锡等其他元素。先后开发了Mg-Al-Si、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Sn、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Th等系列耐热镁合金，然而在上述所研制的各种牌号耐热镁合金中真正得到应用的还非常少，如Mg-Al-RE系列中的AE42合金和Mg-Y-Nd系列中的WE43和WE54，由于该系列合金添加较多的稀土元素，大大提高了合金的价格，合金成本较高限制了其广泛应用，Mg-Al-Ca系列中的AX51受制于合金的铸造性能以及易于形成热裂纹等。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，有必要研发经济性高、室温和高温力学性能较好的新型耐热镁合金，能够很大程度上扩大镁合金的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本多元耐热镁合金及其制备方法，通过合理优化合金元素，在严格控制合金成本的基础上，旨在提高合金的耐热性能，利用廉价添加物代替稀土等贵重元素，该合金具有良好的力学性能和耐热性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低成本多元耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为4.2～6.7%，Zn为0.5～1.2%，Sr为0.7～0.9%，Ca为0.2～0.8%，Sn为1.1～1.5%，Sb为0.8～1.3%，Mn为0.05～0.4%，Bi为0.2～0.6%，Si为0.4～0.9%，余量为Mg。

一种低成本多元耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为4.85%，Zn为0.82%，Sr为0.74%，Ca为0.46%，Sn为1.23%，Sb为1.27%，Mn为0.26%， Bi为0.38%，Si为0.84%，余量为Mg。

一种低成本多元耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为5.26%，Zn为1.12%，Sr为0.78%，Ca为0.61%，Sn为1.43%，Sb为0.87%，Mn为0.17%， Bi为0.29%，Si为0.57%，余量为Mg。

一种低成本多元耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为6.39%，Zn为0.64%，Sr为0.85%，Ca为0.68%，Sn为1.39%，Sb为1.06%，Mn为0.34%， Bi为0.56%，Si为0.76%，余量为Mg。

一种如上所述的耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：

1）按照上述重量百分数称取纯镁锭、纯铝锭、纯锌粒、Mg-Sr中间合金、Mg-Ca中间合金、纯锡粒、纯锑、Al-Mn中间合金、纯铋和Al-Si中间合金，备用；

2）将步骤1）称取的纯镁锭、纯铝锭、纯锌粒、Mg-Sr中间合金、Mg-Ca中间合金、纯锡粒、纯锑、Al-Mn中间合金、纯铋和Al-Si中间合金分别于150~200℃条件下干燥预热2~4h，备用；

3）将步骤2）预热后的纯镁锭、纯铝锭、纯锌粒、纯锡粒、纯锑和纯铋在CO₂+SF₆混合气体保护下熔化，加热至720℃时添加Mg-Sr中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Si中间合金，保温8~12分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣，将温度升至730℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至695~705℃，静置3~5min后将合金液浇注至预热温度为250~300℃的金属型模具中，自然冷却，即得到铸态合金；