本发明专利技术公开了一种可时效硬化的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金及其制备方法，所述合金组分的质量百分数为：Zn 4％～10％，Al 2％～4％，Cr 0.1％～0.5％，Bi 0.1％～1.0％，Ca 0.5％～2.0％，余量为Mg，总质量100％；制备所述合金的方法包括：将配好的合金炉料进行预热，并通入CO2/SF6的混合气体作为保护气进行熔炼，将得到的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料在380℃下扩散退火48h，再线切割得时效热处理用试样和板状拉伸试样，对上述试样进行保温，水淬，然后人工时效，得Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca时效硬化镁合金。本发明专利技术能获得铸态组织相对较细、高热稳定性和力学性能的具有时效硬化效应的铸造Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca镁合金。
【技术实现步骤摘要】
可时效硬化的Mg-Zn-AI-Cr-Bi-Ca合金及其制备方法
本专利技术涉及一种，属于金属 材料工程
。
技术介绍
为了适应汽车轻量化的要求，扩大镁合金在汽车上的应用，高强耐热镁合金的研 究开发已成为必然的发展趋势，这为镁合金的发展创造了难得的机遇，也提出了挑战。探明 镁合金强韧化的微观机制，开发高性能、低成本的新型高强軔镁合金和耐热镁合金成为近 年来材料科学界和工业界关注的焦点之一。ZA系镁合金为近年来研究较为活跃的镁合金， 其主要强化相为Mg 32(Al, Zn)49，溶点535°C，与AZ91D合金（其主要强化相Mg17Al12)相比， 具有更高的熔点和热稳定性，因而提高了高温蠕变抗力，而且具有与AZ系列镁合金相当的 铸造性能，具有很强的应用前景。 但该类合金存在以下不足：Mg32(Al，Zn)49作为主要的强化相，多呈网状分布在晶 界上，合金的室温塑韧性较差，且硬度也比较低。众所周知，镁合金本身不具备多型性转变， 不能通过基体的固态相变来强化，因此提高镁合金强度的主要途径是固溶强化、沉淀（析 出）强化、弥散强化、细化组织强化以及复合强化，而其中的细化组织强化和沉淀（析出） 强化是镁合金强韧化的重要机制，而ZA84等ZA系镁合金不具有时效硬化效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种可时效硬化的Mg-Zn-AI-Cr-Bi-Ca合金及其制备方 法，通过在ZA系合金中复合添加 Cr-Bi-Ca元素以及优化的合金制备工艺，得到铸态组织相 对较细、高热稳定性和力学性能的具有时效硬化效应的铸造 Mg-Zn-AI-Cr-Bi-Ca镁合金。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种可时效硬化的 Mg-Zn-AI-Cr-Bi-Ca合金，其合金组分的质量百分数为：Zn4 %?10 %，A12 %?6 %， CrO. 1%?0.5%，Bi0· 1%?1.0%，Ca0. 5%?2_0%，余量为 Mg，总质量 100%。 优选的，前述合金中各组分的质量百分数为Zn7.85%, A14.02%，Cr0.20%， BiO. 80%，Cal. 05%，余量为 Mg，总质量 100%。 一种制备前述可时效硬化的Mg-Zn-AI-Cr-Bi-Ca合金的方法，包括以下步骤： S1，采用镁锭、锌锭、铝锭、金属Cr、金属Bi和金属Ca作为原料，按照合金的各组分 配比计算出原料所需的质量百分数； S2,将所述原料在200?下进行预热烘烤后放入坩埚电阻炉中； S3,将坩埚电阻炉的加热温度设定为740?760?，当坩埚温度升至350?400°C 时，先向坩埚中加入镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr，通入SF6/C02混合气体作为保护气；继续升 温，待坩埚中的镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr完全熔化后，再加入金属Bi和金属Ca，待原料完 全熔化后搅拌2?5分钟；当坩埚电阻炉的温度达到740?时，搅拌合金熔体，确保合金元 素均匀，保温20分钟后，除去溶液表面浮渣，将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金金属液浇注到经过 预热的金属型中，得到Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料； S4,将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料置于真空热处理炉中，在380°C下扩散退 火48h，随炉冷却至室温，然后切割成时效热处理用试样和板状拉伸试样； S5,使步骤S4得到的时效热处理用试样和板状拉伸试样在360?380 °C 经16?24小时保温，水淬，然后分别在160°C、120°C和90°C下进行人工时效，得到 Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca时效硬化续合金。 优选的，前述可时效硬化的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金的制备方法包括以下步骤： S1，采用镁锭、锌锭、招锭、金属Cr、金属Bi和金属Ca作为原料，按照合金的各组分 配比计算出原料所需的质量百分数； S2,将所述原料在200°C下进行预热烘烤后放入坩埚电阻炉中； S3,将坩埚电阻炉的加热温度设定为760?，当坩埚温度升至400°C时，先向坩埚 中加入镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr，通入0. 1% SF6-99. 9% C02的混合气体作为保护气；继续 升温，待坩埚中的镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr完全熔化后，再加入金属 Bi和金属Ca，待原料 完全熔化后搅拌2?5分钟；当坩埚电阻炉的温度达到740°C时，搅拌合金熔体，确保合金 元素均匀，保温20分钟后，除去溶液表面浮渔，将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金金属液浇注到经 过预热的金属型中，得到Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料； S4,将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料置于真空热处理炉中，在38(TC下扩散退 火48h，随炉冷却至室温，然后切割成直径12mm、长10mm的时效热处理用试样和板状拉伸试 样； S5,使步骤S4得到的时效热处理用试样和板状拉伸试样在38(rC经24小时保温， 水淬，然后分别在160°C、12(TC和90°C下进行不同时间（4h、8h、12h、16h……460h)的人工 时效，得到Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca时效硬化镁合金。 前述步骤S1中，因为是Mg基合金，所以Mg都以已镁锭作为原材料；Ζη、Α1是主要 合金，纯金属能保证合金成分的准确性，同时也可以避免有害杂质的混入；因为没有Mg_Cr 中间合金，故选用金属Cr作为原材料；由于Bi和Ca的熔点较低，故选金属Bi和金属Ca作 为原材料。并且，镁锭、锌锭、铝锭、金属Cr、金属Bi和金属Ca的纯度均为99. 9%。 前述步骤S3中，各原料的加入顺序主要是根据原材料的熔点高低和加入量的多 少而定。因为Mg、Zn、A1是主要添加元素，而Cr的熔点稍高，所以装炉时，先加入镁锭、锌 锭、铝锭和金属Cr ;Bi、Ca的熔点较低，故待上述炉料熔化后再加入Bi和Ca，以保证合金元 素最少的烧损以及准确的化学成分控制。 [0021 ]前述步骤S3中，通入C02/SF6的混合气体的最佳体积分数为〇.丨％ SF6-99. 9 % C〇2。 熔炼中通入SF6与co2混合气体的目的是在镁熔体表面生成一层致密的保护膜，从而阻隔空 气中的氧与镁金属液反应，保护镁熔体。其中起主要作用的是 SF6，但SFe浓度过低或过高 时，保护气体均不具备防护作用，这是因为若SF6浓度过小，则形成的MgF 2量少，表面保护膜 不致密；若SF6浓度过大，则形成的MgF2量过多，保护膜变得厚而脆，容易碎裂，降低保护作 用，同时还严重腐蚀熔炼炉，一般SF 6的浓度控制在〇· 1% (体积分数）左右为最佳。 前述步骤S3中，通常都采用金属型铸造，因为金属型冷却速度较大，能确保合金 铸态组织细小。 前述步骤糾中，扩散退火是为了消除铸锭在凝固过程中产生的微观偏析（枝晶偏 析、晶内偏析及晶界区域偏析），使成分和组织均匀化。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： (l)Ca与镁具有较强的亲和力，且在镁基体中固溶度很低，故Ca可作为有效的结 构组织改性元素和弥散强化相生成元素，提高基体合金耐热性能和屈服极限；Bi在镁中也 是可固溶的，551°C时溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可时效硬化的Mg‑Zn‑Al‑Cr‑Bi‑Ca合金，其特征在于：所述合金组分的质量百分数为：Zn 4％～10％，Al 2％～6％，Cr 0.1％～0.5％，Bi 0.1％～1.0％，Ca 0.5％～2.0％，余量为Mg，总质量100％。
【技术特征摘要】
1. 一种可时效硬化的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金，其特征在于：所述合金组分的质量百 分数为：Zn 4%?10%，A1 2%?6%，Cr 0· 1%?0· 5%，Bi 0· 1%?1. 0%，Ca 0· 5%? 2. 0 %，余量为Mg，总质量100 %。2. 根据权利要求1所述的可时效硬化的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金，其特征在于：所述 合金组分的质量百分数为 Zn 7.85%，A1 4.02%，Cr 0.20%，Bi 0.80%，Ca 1.05%，余量 为Mg，总质量100%。3. -种制备权利要求1或2所述可时效硬化的Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金的方法，其特 征在于，包括以下步骤： S1，采用镁锭、锌锭、铝锭、金属Cr、金属Bi和金属Ca作为原料，按照合金的各组分配比 计算出原料所需的质量百分数； 52, 将所述原料在200°C进行预热烘烤后放入坩埚电阻炉中； 53, 将坩埚电阻炉的加热温度设定为740?760°C，当坩埚温度升至350?400°C时，先 向坩埚中加入镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr，通入SF 6/C02混合气体作为保护气；继续升温，待 坩埚中的镁锭、锌锭、铝锭和金属Cr熔化后，再加入金属Bi和金属Ca，待原料完全熔化后 搅拌2?5分钟；当坩埚电阻炉的温度达到740°C时，搅拌合金熔体，确保合金元素均匀，保 温20分钟后，除去溶液表面浮渣，将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca合金金属液浇注到经过预热的金 属型中，得到Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料； 54, 将Mg-Zn-Al-Cr-Bi-Ca铸态合金材料置于真空热处理炉中，在380°C下扩散退火 48h，随炉冷却至室温，然后切割成时效热处理用试...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶杰，林小娉，董允，樊志斌，杨会光，刘宁宁，付守军，关策，罗晶，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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