专利名称：加Sn变质Mg－Al－Si系镁合金中汉字状Mg的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种变质Mg-Al-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相的方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术：
Mg-Al-Si系镁合金由于具有高温性能较好和成本较低等方面的优势，被认为是一种适合150℃以下有发展前途的高温抗蠕变镁合金。与Mg-Al-RE系等镁合金相比，Mg-Al-Si系镁合金的耐热强化机理主要在于通过引入低成本合金元素Si在晶界处形成细小弥散的Mg2Si相来实现。由于Mg2Si相具有高熔点(1085℃)、与基体相近的低密度(1.99g/cm-3)、高弹性模量及低热膨胀系数(7.5×10-6K-1)等特点，其在300℃以下相当稳定，从而使得Mg-Al-Si系镁合金具有较高的高温抗蠕变性能。实际上早在上世纪70年代，人们就已经开始了Mg-Al-Si系耐热镁合金的研究，并先后开发出了AS41、AS31、AS21和AS21X等耐热镁合金，其中AS41合金在175℃时的蠕变强度高于AZ91和AM60合金，且具有良好的韧性、抗拉强度和屈服强度，而AS21合金的蠕变强度和抗蠕变温度甚至比AS41合金还高。尽管目前这些已开发出的Mg-Al-Si系镁合金有较高的高温性能，但其推广应用仍因合金的综合力学性能较差等原因而受到一定程度的限制。众所周知，Mg-Al-Si系镁合金的耐热强化机理主要在于通过引入低成本合金元素Si在晶界处形成Mg2Si相来实现，但由于Si在Mg-Al-Si系镁合金中形成的Mg2Si相多以粗大汉字状形貌出现，而汉字状形貌的Mg2Si相周围存在很大的应力集中，会促进合金组织中显微空洞的萌生和扩展，并且随着温度升高，空洞会随之增大，导致合金力学性能大幅度降低，尤其是延伸率，并且冷却速度越慢越容易导致粗大汉字块形态的Mg2Si相生成，使得Mg-Al-Si系镁合金目前仅适用于冷却速率较快的压铸件，而无法用于重力铸造和砂型铸造等工艺。因此，如何加强Mg-Al-Si系镁合金中Mg2Si相形貌的变质研究，使Mg2Si相由粗大汉字状形貌转变为细小弥散分布的多边形状和/或球状，对于提高和改善Mg-Al-Si系耐热镁合金的综合力学性能并进而扩大其工业化应用就显得尤为关键。
众所周知，合金化和/或微合金化是改善合金组织和提高合金性能最为重要的工艺手段之一，因此近10多年来，国内外从合金化和/或微合金化角度出发，围绕合金元素变质Mg-Al-Si系镁合金中Mg2Si相的汉字状形貌开展了大量的研究工作，并先后报道了添加适量Ca和Sb等元素可以变质Mg-Al-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相的研究结果，但由于添加Ca会带来的铸造热裂问题，此外添加Sb也存在变质效果较差的问题，如杨明波等在文献“Mg-Al-Si基和Mg-Zn-Al基镁合金组织控制的基础研究[博士后工作报告].重庆重庆大学材料科学与工程学院，2006”中报道添加Sb对Mg-6Al-1Zn-0.7Si-0.25Mn合金组织中的汉字状Mg2Si相的变质作用不明显(如图1和图2所示)，同时P.D.Quimby和Shu-ZuLu在文献“Effects of Minor Addition and Cooling Rate on the Microstructure of CastMagnesium-Silicon Alloys.2006 TMS Annual Meeting&Exhibition，San Antonio，Texas，U.S.A，2006.3”也报道了添加Sb对Mg-Al-Si系合金组织中的汉字状Mg2Si相没有明显变质作用。也正是由于这些存在的问题，使得添加适量Ca或Sb元素变质汉字状Mg2Si相形貌这一方法目前还难以满足Mg-Al-Si系镁合金工业化应用的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有添加适量Ca和Sb等元素变质Mg-Al-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相所存在的不足，提出一种加Sn变质Mg-Al-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相的方法，集变质和强化作用于一体，以便扩大Mg-Al-Si系镁合金的应用范围。
本发明的方法步骤如下在熔剂或气体保护下，将Mg-Al-Si系镁合金按相应的成分配比熔化后升温到700～720℃，加入工业纯Sn，Sn的加入量为0.3-0.7％(重量百分比)。加入方法是将工业纯Sn预热后用的铝箔包好，然后用压瓢迅速压入合金液面以下，搅拌后升温到720-740℃，然后精炼处理，精炼完毕后搅拌合金熔体并捞去表面浮渣，然后进行铸造，铸造方法采用低压铸造、金属型重力铸造或砂型铸造。
其中，工业纯Sn的预热是在100～150℃下将工业纯Sn烘烤20～40分钟，精炼处理采用C2Cl6精炼剂，精炼处理时间为5-10分钟。
本发明通过在Mg-Al-Si系镁合金中添加工业纯Sn的方法来变质Mg-Al-Si系镁合金中的汉字状Mg2Si相。Sn变质Mg-Al-Si系镁合金中的汉字状Mg2Si相的机理可能在于Sn加入降低了Mg-Al-Si系镁合金的熔点和Mg2Si相与熔体的界面张力，导致Mg2Si相的临界晶核半径减小，有利于更多、更小的Mg2Si相形核，从而最终使汉字状Mg2Si相变质。同时，添加到Mg-Al-Si系镁合金中的Sn一般富集在Mg2Si相生长界面上，并形成明显的界面偏析，其一方面会阻碍Mg2Si相晶粒生长，另一方面使晶界前沿的残余液体形成较大成分过冷促进Mg2Si形核。此外，Sn在界面富集还可使Mg2Si相的分枝形成更细的缩颈，使分枝易熔断成较细小的颗粒状。
图1是未添加Sb的Mg-6Al-1Zn-0.7Si-0.25Mn合金组织的SEM形貌。
图2是添加了0.4％Sb的Mg-6Al-1Zn-0.7Si-0.25Mn合金组织的SEM形貌。
图3是添加了0.5％Sn的Mg-6Al-1Si-1Zn合金组织的SEM形貌。
具体实施例方式
以下通过具体的三个实施例对本发明的技术方案和效果作进一步的阐述。
实施例1在SO2气体保护下，将Mg-4Al-1Si镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720℃，加入工业纯Sn，Sn的加入量为0.3％(重量百分比)。加入方法是将工业纯Sn用铝箔包好后在100℃下预热20分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下，搅拌后升温到740℃，然后用C2Cl6精炼5分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并捞去表面浮渣，然后进行金属型重力铸造。对采用本发明提出方法得到的合金作金相组织分析，结果如表1所示。从表1可以看到，采用本发明提出方法得到的合金组织中的Mg2Si相呈细小多边形颗粒状，同时合金的晶粒尺寸减小，说明采用本发明提出的方法处理金属型重力铸造Mg-4Al-1Si合金，可以使合金组织中的汉字状Mg2Si相得到很好的变质，同时可使合金的组织细化。此外，对采用本发明提出方法得到的合金作室温拉伸性能测试，结果如表1所示，从表1可以看到，采用本发明提出方法得到的合金的性能还可以得到一定程度的提高。
实施例2在SO2气体保护下，将Mg-6Al-1Si镁合金按相应的成分配比熔化后升温到710℃，加入工业纯Sn，Sn的加入量为0.5％(重量百分比)。加入方法是将工业纯Sn用铝箔包好后在120℃下预热30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下，搅拌后升温到730℃，然后用C2Cl6精炼7分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并捞去表面浮渣，然后进行砂型铸造。对采用本发明提出方法得到的合金作金相组织分析，结果如表1所示。从表1可以看到，采用本发明提出方法得到的合金组织中的Mg2Si相呈细小多边形颗粒状，同时合金的晶粒尺寸减小，说明采用本发明提出的方法处理砂型铸造Mg-6Al-1Si合金，可以使合金组织中的汉字状Mg2Si相得到很好的变质，同时可使合金的组织细化。此外，对采用本发明提出方法得到的合金作室温拉伸性能测试，结果如表1所示，从表1可以看到，采用本发明提出方法得到的合金的性能还可以得到一定程度的提高。
实施例3在SO2气体保护下，将Mg-6Al-1Si-1Zn镁合金按相应的成分配比熔化后升温到700℃，加入工业纯Sn，Sn的加入量为0.5％(重量百分比)。加入方法是将工业纯Sn用铝箔包好后在120℃下预热30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下，搅拌后升温到720℃，然后用C2Cl6精炼7分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并捞去表面浮渣，然后进行金属型重力铸造。对采用本发明提出方法得到的合金作金相组织分析，结果如表1和图3所示。从表1和图3可以看到，采用本发明提出方法得到的合金组织中的Mg2Si相呈细小多边形颗粒状，同时合金的晶粒尺寸减小，说明采用本发明提出的方法处理金属型重力铸造Mg-6Al-1Si-1Zn合金，可以使合金组织中的汉字状Mg2Si相得到很好的变质，同时可使合金的组织细化。此外，对采用本发明提出方法得到的合金作室温拉伸性能测试，结果如表1所示，从表1可以看到，采用本发明提出方法得到的合金的性能还可以得到一定程度的提高。
表1工艺及测试结果对比表
权利要求
1.加Sn变质Mg-Al-Si系镁合金中汉字状Mg2Si相的方，其特征在于在熔剂或气体保护下，将Mg-Al-Si系镁合金按成分配比熔化后升温到700～720℃，加入工业纯Sn，Sn的加入的重量百分比为0.3-0.7％，加入方法是将工业纯Sn预热后用铝箔包好，然后用压瓢迅速压入合金液面以下，搅拌后升温到720～740℃，然后精炼处理，精炼完毕后搅拌合金熔体并捞去表面浮渣，然后进行铸造，铸造方法采用低压铸造、金属型重力铸造或砂型铸造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于精炼处理采用C2Cl6精炼剂。
全文摘要
本发明提出一种加Sn变质Mg－Al－Si系镁合金中汉字状Mg
文档编号C22C1/06GK1936039SQ200610095198
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月14日 优先权日2006年10月14日
发明者杨明波, 潘复生, 汤爱涛, 麻彦龙, 胡红军 申请人:重庆工学院