[发明专利]一种基于镁钙基合金的抗热裂铸造材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于镁钙基合金的抗热裂铸造材料及其制备方法，所述抗热裂铸造材料由以下质量分数的组分组成：Ca 0.5~1%，Sr 0.4~1%，余量为镁和不可避免的杂质。本发明通过精准控制Sr元素的添加量，使镁钙合金的脆弱温度区间降低，使共晶相含量增多，因而在凝固末期有更多的液相进行补缩，使合金的热裂敏感性降低。本发明制备的镁合金具有抗热裂敏感性，力学性能优良，机械加工性、流动性及压铸性良好，能够满足合金铸件朝着轻、薄、形状复杂方向发展的性能要求。并且原材料简单易得，无稀土元素，大大降低成本，具有良好的应用前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及变形合金的制备方法，尤其涉及一种基于镁钙基合金的抗热裂铸造材料及其制备方法，属于轻合金加工技术领域。

背景技术

镁合金由于其密度小，比强度高，导热性好，阻尼性能好、电磁屏蔽性能好等一系列优点，被称为“21世纪绿色工程材料”。在航空工业、汽车、摩托车、光学仪器、机械设备和电子产品等领域有着非常广阔的前景。但研究发现商用镁合金的高温强度不足，抗高温蠕变性能差，仅能于150℃以下使用，这大大限制了其应用。

研究发现，钙元素的添加能够显著细化镁合金的晶粒尺寸，提高合金力学性能。并且由于钙的添加，合金中生成了Mg₂Ca相，Mg₂Ca相的存在能显著提高镁合金的高温性能和蠕变性能。此外，由于Ca的电位比Mg低，镁合金的耐蚀性也得到了提高。因此，近年来，Mg-Ca合金受到了越来越多的关注。但由于Ca的添加，镁合金的热裂敏感性也明显增大。尤其是Mg-Ca合金中当Ca的质量分数含量为0.5%-1%时，Mg-Ca合金的热裂敏感性非常大，铸造件很容易产生热裂纹。热裂是影响镁合金铸件品质最严重的铸造缺陷之一，一直是铸造研究领域关注的焦点问题之一，尤其是在镁合金铸件朝着轻、薄、形状复杂方向发展时，受体积收缩影响，极易在其内部产生应力集中，出现热裂缺陷。这不仅造成了大量铸件的报废，甚至严重限制了所设计零件的形状和尺寸。因此，如何降低高强Mg-Ca系镁合金铸造过程中的热裂倾向成为目前亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于镁钙基合金的抗热裂铸造材料及其制备方法，解决现有Ca含量为0.5-1%的镁钙合金具有严重热裂敏感性，限制其应用范围的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于镁钙合金的抗热裂铸造材料，所述抗热裂铸造材料由以下质量分数的组分组成：Ca 0.5~1%，Sr 0.4~1%，余量为镁和不可避免的杂质。优选的，所述抗热裂铸造材料由以下质量分数的成分组成：Ca0.5~1%，Sr 0.7~1%，余量为镁和不可避免的杂质。

这样，将Sr加入到Ca含量为0.5-1%的镁合金中，起到了一定的组织细化作用，能够一定程度上协调凝固过程中产生的收缩应力，缓解应力集中，从而降低热裂敏感性。当Sr含量为0.2-0.4%时，由于含量较低，对降低合金热裂敏感性有一定效果，但效果不太明显；当Sr含量为0.4-0.7%时，能明显降低合金热裂敏感性，但在较低模具温度下可能还会产生很细小的热裂纹；当Sr含量为0.7-1%时，为较优成分含量，合金热裂倾向性显著降低。当Sr含量大于1%时，通过计算发现合金的共晶相含量并没有明显的增多，基本维持在6.2%左右，其减小热裂倾向性的效果不会有更明显的变化，再增加Sr的含量还会增加成本，因此1%以下含量的Sr足以减轻合金的热裂倾向性。

类似于二元Mg-Ca合金会发生二元共晶反应，Mg-Ca-Sr合金也会发生三元共晶反应，Sr的加入增加了共晶相的分数，共晶相能够愈合产生的热裂纹，从而减小热裂倾向性。不同于Mg-Ca合金生成液相Mg和Mg₂Ca的共晶反应，Mg-Ca-Sr三元合金会发生液相生成Mg₂Ca、Mg和Mg₁₇Sr₂的三元共晶反应，Sr的加入引入了新的Mg₁₇Sr₂相，降低了热裂敏感性。