专利名称：高强度铸造镁合金及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属型铸造及压铸镁合金件的新型材料，高强度铸造镁合金，特别是涉及Mg-Al-Zn三元体系高强度铸造镁合金及其制造方法。
背景技术：
镁合金零件具有重量轻，比强度及比刚度高、导热性好、电磁屏蔽能力强，减振性优良以及易于切削加工和回收再生等优点，在各种机械上具有十分广阔的应用市场。特别是随着对汽车、摩托车等行走机械的轻量化、节能、环保和生态环境等要求的日益提高，镁合金在3C及汽车等交通工具上的应用也越来越受到重视。其中，Mg-Al-Zn系镁合金以其优良的铸造性能和低廉的制造成本现已成为铸造镁合金家族中的主力军。但是，由于Mg-Al-Zn系镁合金的机械强度不高，严重限制了该体系合金的应用范围。
目前国内外现有的Mg-Al-Zn系高强度镁合金，多采用快速凝固、热处理、半固态处理等方法来制备，这些方法虽然能取得明显的强化效果，但设备水平要求较高，工艺复杂，制造成本成倍提高，抹煞了Mg-Al-Zn系镁合金成本低廉的优势，因此其推广应用受到限制。稀土元素以其对镁合金良好的强化效果，多用于Mg-RE镁合金的开发。然而，就Mg-Al-Zn系镁合金而言，采用Ho元素合金化改性的方法开发新型高强度铸造镁合金的专利尚未见报道。
技术内容本发明的目的在于克服现有铸造镁合金快速凝固、热处理、半固态处理等方法的不足，铸造镁合金的强度提高不明显的缺点，提供一种熔体处理简单，成本低廉，强化效果明显的高强度铸造镁合金及其制造方法。本发明的材料主要是作为航天航空领域零件、汽车等行走机械零件、电子设备壳体使用的轻质铸造镁合金零件等。
本发明的上述目的是这样实现的本项发明的技术路线是采用向AZ91合金中加入微量低熔点的Ho中间合金的方法，通过Ho对合金微观组织的改变，以固溶强化、析出强化和细晶强化的方式提高AZ91镁合金的常温及高温机械性能。该方法能够与现有传统铸造工艺紧密结合，无需添加额外设备，具有熔体处理简单，成本低廉，强化效果明显的特点，克服了快速凝固、热处理、半固态处理等方法的不足，使铸造镁合金的强度得到较大幅度的提高。
具体技术方案是一种高强度铸造镁合金，合金的成分按重量份数比为Al 8.0-9.0，Zn 0.45-0.90，Ho 0.01-3.0，剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。
用于高强度铸造镁合金的制造工艺，其特征在于按以下步骤进行(1)合金的配制
按照采用的成分计算各原料需要的重量份数，采用原料为AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7计算；纯Al、Mg，其计算份数为1.05；稀土Ho以与轻金属构成中间合金的形式加入镁合金，其计算份数为1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，Fe，Ni，Cu和其它不纯物质应符合ASTM B93/94中AZ91合金的相对应的成分规定，其合金化元素含量为Ho 20，Mn 0.2；电解Zn，其计算份数为1.03。
(2)合金的熔炼将配置好的原料按以下顺序加入将AZ91合金以及电解Zn，纯Al、Mg加入电阻炉，升温至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合气体保护，其混合气体比例为CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中间合金，静止10-15分钟，保持熔体温度在700-720℃，吹入高纯氩精炼5分钟，如遇起燃，加少量RJ6阻燃，精炼完毕后，静止10-5分钟，温度降至670℃扒渣，浇铸成型。
采用上述工艺获得的高强铸造度镁合金，其微观组织采用ICP-AES、SEM和EDS对新型高强度铸造AZ91-xHo镁合金的成分及微观结构进行观察分析。研究表明Ho在AZ91合金中以两种形式存在1)固溶于α-Mg和β-Mg17Al12中；2)当Ho含量大于0.1wt％时，合金中生成了颗粒状金属间化合物(Al2Ho)。AZ91-xHo合金中不连续网状分布的β相尺寸也变小，部分被粒化，并均匀分布在α晶界上，β相内部的粒状共晶逐步消失，共晶方式由不完全离异共晶转变为完全离异共晶。分布在β相周围的二次析出β相逐步消失。Ho改性镁合金的合金相主要由初生α-Mg，完全离异共晶Mg-Mg17Al12及Al2Ho构成。
常温机械性能采用电子拉伸实验机进行常温拉伸实验。试验表明，随着Ho含量的提高，合金的常温抗拉强度逐步提高，当Ho含量达到2.0wt％左右时，强度达到最大值277.5Mpa，进一步增加Ho的含量，合金的抗拉强度反而下降。合金的延伸率与抗拉强度同步变化。通过对合金微观结构与成分的观察和分析可知，Ho以固溶和Al2Ho金属间化合物形式存在于合金中，起到了固溶强化和析出强化的作用。同时，Ho元素使AZ91合金中粗大的β相粒化，起到了细化晶粒的作用，增加了合金的抗拉强度和延伸率，可见AZ91合金中的Ho是通过析出强化、固溶强化和细晶强化的共同作用来提高合金的抗拉强度。但是，当Ho含量超过2.0wt％时，合金中Al2Ho金属间化合物颗粒变大，破坏了合金的微观结构，导致合金的强度和塑性降低。
本发明具有以下效果采用向AZ91合金中加入微量低熔点的Ho中间合金的方法，通过Ho对合金微观组织的改变，以固溶强化、析出强化和细晶强化的方式提高AZ91镁合金的常温及高温机械性能。该方法能够与现有传统铸造工艺紧密结合，无需添加额外设备，具有熔体处理简单，成本低廉，强化效果明显的特点，克服了快速凝固、热处理、半固态处理等方法的不足，使铸造镁合金的强度得到较大幅度的提高。
图1-1 AZ91合金铸态组织。
图1-2 AZ91-0.1Ho合金铸态组织。
图2新型高强度AZ91-xHo镁合金拉伸试样示意图。
图3-1 AZ91合金铸态组织。
图3-2 AZ91-2.0Ho合金铸态组织。
具体实施例方式
实施例1一种新型高强度铸造镁合金的成分为(按重量份数比)Al 8.22，Zn 0.74，Ho 0.1，并且剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。
(1)合金的配制按照采用的成分计算各原料需要的重量份数，采用原料为AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7计算，纯Al、Mg(计算份数的1.05)、Ho中间合金(计算份数的1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，Fe，Ni，Cu和其它不纯物质应符合ASTM B93/94中AZ91合金的相对应的成分规定，其合金化元素含量为Ho 20，Mn 0.2)，电解Zn(计算份数的1.03)。
(2)合金熔炼将配置好的原料按以下顺序加入将AZ91合金，电解Zn，纯Al、Mg加入电阻炉，升温至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合气体保护，其混合气体比例为CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中间合金，静止10分钟，保持熔体温度在700-720℃，吹入高纯氩精炼五分钟。如遇起燃，加少量RJ6阻燃。精炼完毕后，静止10min，温度降至670℃扒渣，浇铸成型。图1显示了Ho含量为0.1％的镁合金微观组织变化(3)机械性能测试采用电子拉伸实验机分别对AZ91和AZ91-0.1Ho镁合金进行常温拉伸实验，拉伸试样如图2所示。实验结果显示，AZ91合金的抗拉强度为171Mpa，延伸率为3.2％；含Ho合金的抗拉强度为228Mpa，延伸率为4.0％实施例2一种新型高强度铸造镁合金的成分为(按重量份数比)Al 8.15，Zn 0.75，Ho 2.0，并且剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。合金的配比和熔炼方式与实施例1相同。图2显示了Ho含量为2.0％的镁合金合金微观组织变化。合金拉伸性能测试与实例1相同，合金抗拉强度277.5Mpa，延伸率为5.8％。
实施例3一种新型高强度铸造镁合金的成分为(按重量份数比)Al 8.15，Zn 0.75，Ho 3.0，并且剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。合金的配比和熔炼方式与实施例1相同。合金拉伸性能测试与实例1相同，合金抗拉强度260.5Mpa，延伸率为4.9％。
权利要求
1.一种高强度铸造镁合金，其特征在于合金的成分按重量份数比为Al 8.0-9.0，Zn 0.45-0.90，Ho 0.01-3.0，剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。
2.用于高强度铸造镁合金的制造工艺，其特征在于按以下步骤进行(1)合金的配制按照采用的成分计算各原料需要的重量份数，采用原料为AZ91合金，其成分按Mg 90.3，Al 9，Zn 0.7计算；纯Al、Mg，其计算份数为1.05；稀土Ho以与轻金属构成中间合金的形式加入镁合金，其计算份数为1.03，除稀土元素外，其Si，Mn，Fe，Ni，Cu和其它不纯物质应符合ASTM B93/94中AZ91合金的相对应的成分规定，其合金化元素含量为Ho 20，Mn 0.2；电解Zn，其计算份数为1.03。(2)合金的熔炼将配置好的原料按以下顺序加入将AZ91合金以及电解Zn，纯Al、Mg加入电阻炉，升温至685-690℃熔化，在420℃以上即通入混合气体保护，其混合气体比例为CO2+0.002-0.005％SF6，待完全熔化后加入Ho中间合金，静止10-15分钟，保持熔体温度在700-720℃，吹入高纯氩精炼5分钟，如遇起燃，加少量RJ6阻燃，精炼完毕后，静止10-5分钟，温度降至670℃扒渣，浇铸成型。
全文摘要
本发明涉及一种Mg－Al－Zn三元体系的高强度铸造镁合金及其制造方法。采用向AZ91合金中加入微量低熔点的Ho中间合金的方法，通过Ho对合金微观组织的改变，以固溶强化、析出强化和细晶强化的方式，获得了具有优良常温及高温机械性能的Mg－Al－Zn－xHo合金，其成分按重量份数比为Al 8.0－9.0，Zn 0.45－0.90，Ho 0.01－3.0，剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。该方法能够与现有传统铸造工艺结合，无需添加额外设备，具有熔体处理简单，成本低廉，强化效果明显的特点，克服了快速凝固、热处理、半固态处理等方法的不足，使铸造镁合金的强度得到较大幅度的提高。
文档编号C22C1/02GK1888109SQ200610017038
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者刘耀辉, 宋雨来 申请人:吉林大学