一种多元耐热镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种多元耐热镁合金，各组份及其质量百分比为：Ｓｎ含量为３－５％，Ｍｎ含量为１．０－１．５％，Ｃａ含量为０．９－１．８％，Ｃｅ含量为０．３－０．６％，Ｓｃ含量０．３－０．５％，Ｓｒ含量为０．０８－０．１２％，杂质元素Ｓｉ含量≤０．０２％，Ｆｅ含量≤０．００５％，Ｃｕ含量≤０．０１５％，Ｎｉ含量≤０．００２％，Ｍｇ为平衡元素。本发明专利技术还提出该合金的制备方法。本合金具有良好力学性能和抗蠕变性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐热镁合金材料领域，涉及一种轻金属材料，尤其是一种多元耐热镁合 金及其制备方法。
技术介绍
镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越和易于回收利用等优点，被誉为21世纪"绿色 结构材料"。但目前由于现有镁合金的高温抗蠕变性能差，长期工作温度不能超过12(TC， 使其无法用于制造对高温蠕变性能要求高的汽车发动机及其他传动部件，因此极大地阻 碍了镁合金的进一步应用。也正是由于这样，国内外对于具有高温抗蠕变性能的耐热镁 合金的研究开发给予了高度重视，并先后试制研究了Mg-Al-Si、 Mg-Al-RE、 Mg-Al-Ca、 Mg-Al-Ca-RE、 Mg-Al-Sr、 Mg-Al-Sn、 Mg-Zn-Al、 Mg-Zn-RE、 Mg陽Zn-Si、 Mg-Zn-Sn、 Mg-Y-Nd和Mg-Sn-Ca等系列的耐热镁合金。然而，在上面这些得到试制研究的耐热镁合 金体系中，真正得到实际应用的主要集中在少数合金上，如Mg-Al-RE系中的AE42合 金、Mg-Y-Nd系的WE43合金和Mg-Al-Si系的AS41和AS21合金。此外，即使这些得到应 用的耐热镁合金也因为存在各自不同的问题而使其应用受到不同程度的限制。如对于 AE42合金和WE43合金，其均含有高含量的RE (>2.5%)和/或Y、 Th等贵金属元素， 合金的成本较高，其目前仅用于赛车等高性能发动机上，并未在汽车上广泛应用。而对 于AS41和AS21合金，因其合金组织中存在粗大汉字状的Mg2Si相，严重损害合金的力学 性能，使得该系合金目前只能用于凝固速度较快的压铸工艺，而不能用于其他铸造工艺。 因此，有必要进一步研究开发新型的耐热镁合金。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有良好力学性能和抗蠕变性能的多元新型耐热镁合金及其制备方法。本专利技术提供的一种多元耐热镁合金，各组份及其质量百分比为Sn含量为3-5%, Mn 含量为1.0-1.5%， Ca含量为0.9-1.8%， Ce含量为0.3-0.6%， Sc含量0.3-0.5%， Sr含量 为0.08-0.12%，杂质元素Si含量￡0.02%， Fe含量￡0.005%， Cu含量^).015%， Ni含量^0.002%， Mg为平衡元素。本专利技术中Sn、 Mn和Ca作为主要的组元，主要考虑Sn和Ca能够形成热稳定性高 的CaMgSn相，而Mn则有利于改善合金的强度和减少杂质元素Fe的含量。此外添加 的Sn还能够部分溶入基体提高合金的耐蚀性能，但由于Sn的比重较大，因此其加入量 不高于5%。本专利技术中Ce、 Sc和Sr作为次要的组元，主要考虑Ce具有较Sn元素更大 的原子半径，在凝固过程中会阻碍Sn原子扩散，从而细化CaMgSn相；而添加微量Sc 主要在于和Mn可形成Mri2Sc相，使合金得到进一步强化，但由于Sc的价格较贵，因 此其加入量不高于0.5%;添加微量Sr主要为了消除合金中因存在Ca而可能导致的热 裂和疏松等缺陷，此外，微量Sr还兼有细化合金晶粒的作用。本专利技术提供的一种多元耐热镁合金的制备方法，其主要包括以下两个步骤: 1)将Mg、 Sn、 Mn、 Ca、 Ce、 Sc和Sr按相应的成分配料，其中Mg和Sn以工业 纯Mg和纯Sn (>99.99wt.%)形式添加，Mn、 Ca、 Ce、 Sc和Sr分别以Mg-4wt.%Mn、 Mg-19wt.%Ca、 Mg-29wt.%Ce、 Mg-3wt.%Sc和Mg-10wt.%Sr中间合金的形式添加。在 熔剂或气体保护下，当石墨坩埚的温度达到200-25(TC后，加入已预热的纯Mg、纯Sn 和Mg-4wt.%Mn中间合金并将其熔化，熔化后升温到720-740°C，然后加入已预热的 Mg-19wt.%Ca、 Mg-29wt.%Ce禾B Mg-3wt.%Sc中间合金，待这些中间合金熔化后加入 Mg-10wt.%Sr中间合金。Mg-10wt.%Sr中间合金的加入方法在100-15(TC左右将 Mg-10wt.%Sr中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约2-6分钟， 搅拌后升温到720-76(TC，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合 金熔体并在74(TC静置10-15分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮杂，然后进行铸 造。2)将铸造得到的合金进行时效处理，具体为将合金放入通保护性气氛的电炉中，在200-300'C下保温15-40小时，然后淬入冷水中。时效处理的目的在于析出Mn2Sc相，以使合金的性能得到进一步提高。本合金具有良好力学性能和抗蠕变性能。 附图说明图1是实施例1的合金时效后的显微组织照片。 图2是实施例2的合金时效后的显微组织照片。 图3是实施例3的合金时效后的显微组织照片。具体实施例方式以下通过具体的三个实施例对本专利技术的技术方案和效果作进一步的阐述。实施例l:合金的成分(重量百分比)为Sn含量为3。/。， Mn含量为1.0。/。， Ca含 量为1%， Ce含量为0.5%, Sc含量0.3%， Sr含量为0.08%，杂质元素Si、 Fe、 Cu和 Ni的总量小于0.02%，其余为Mg。按上述成分配制合金，其中Mg和Sn均以工业纯Mg和纯Sn ( 〉99.99wt.%)形式 添加，Mn、 Ca、 Ce、 Sc禾卩Sr分别以Mg-4wt.%Mn、 Mg-19wt.%Ca、 Mg-29wt.%Ce、 Mg-3wt，。Sc和Mg-10wt。/。Sr中间合金的形式添加。在熔剂或气体保护下，当石墨坩埚 的温度达到200-250。C ，加入已预热的纯Mg、纯Sn和Mg-4wt.%Mn中间合金并将其熔 化，熔化后升温到740'C ，然后加入己预热的Mg-19wt.%Ca、Mg-29wt.%Ce和Mg-3wt.%Sc 中间合金，待这些中间合金熔化后加入Mg-10wt。/。Sr中间合金。Mg-10wt.%Sr中间合金 的加入方法在150'C左右将Mg-10wt.y。Sr中间合金烘烤20分钟，然后用压瓢迅速压 入合金液面以下约3分钟，搅拌后升温到74(TC，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5分钟， 精炼完毕后搅拌合金熔体并在74CTC静置15分钟，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮 杂，然后将其浇铸入已预热到100-150'C的金属型中。合金的时效处理工艺为在25(TC 下保温32小时，然后淬入冷水中。合金时效后的显微组织照片如图l所示。本实施例得到的合金，其室温抗拉强度为179MPa，屈服强度为162MPa，延伸率为 3.2%; 150'C下的抗拉强度为167MPa，屈服强度为151MPa，延伸率为15.7%;在蠕变 温度为150°C和应力为70MPa下持续100h的总蠕变量为1.11%，最小蠕变速率为 3.08x10-8 s人实施例2:合金的成分(重量百分比)为:Sn含量为4M, Mn含量为1.2M， Ca含 量为1.5%, Ce含量为0.3。/。， Sc含量0.4。/。， Sr含量为0.1。/。，杂质元素Si、 Fe、 Cu和 Ni的总量小于0.02%，其余为Mg。按上述成分配制合金，其中Mg和Sn均以工业纯Mg和纯Sn (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元耐热镁合金，各组份及其质量百分比为：Ｓｎ３－５％，Ｍｎ１．０－１．５％，Ｃａ０．９－１．８％，Ｃｅ０．３－０．６％，Ｓｃ０．３－０．５％，Ｓｒ０．０８－０．１２％，杂质元素Ｓｉ含量≤０．０２％，Ｆｅ含量≤０．００５％，Ｃｕ含量≤０．０１５％，Ｎｉ含量≤０．００２％，其余为平衡元素Ｍｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘复生，杨明波，汤爱涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]