专利名称：一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明提供了一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金的成分设计及其制备方 法，属于耐热镁合金材料领域。
技术背景镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优良的铸造 性能和机械加工性能，被誉为"21世纪的绿色结构材料"，有着广泛的应用 前景。但是常用的普通牌号的镁合金，例如AZ91，由于其主要强化相Mg17Al12 熔点仅为438。C，在高于100。C环境使用时强化相易软化，从而导致合金高温 强度下降，限制了其应用范围。近年来复合添加碱土元素和稀土元素制备耐热镁合金也有报导，但到目前 为止，在Mg-Al合金系种复合添加碱土元素Sr和稀土元素Nd，并采用水冷模 快速冷却方式制备耐热镁合金方面还未见先例。本发明针对现有技术的上述不足，提出一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合 金的成分设计及其制备工艺。研究表明稀土元素Nd和碱土元素Sr均可单独作 为有效的合金元素添加到Mg-Al系合金中，形成A1-Nd、 Al-Sr等高温强化相 从而提高基体合金的耐热性能。本发明所获得的Nd和Sr复合强化Mg-Al合金，具有较高的高温强度和 抗蠕变性能，可以作为汽车发动机及传动系统零部件的结构材料，也可使用在 需要较高服役温度下的其他结构零件材料。发明内容本发明的目的在于提供一种低成本、高温耐热性能良好的Nd和Sr复合强 化的耐热镁合金及其制备工艺。本发明的合金成分配方(质量百分比)Al: 5.5-6.5%， Sr: 1.5-2.5%， Nd: 1.5-2.5%，杂质元素Si《0.02%， Fe《 0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余为Mg。本合金的熔炼铸造工艺为1)将镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金、Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中 预热至140~160°C;2) 将坩埚电阻炉设定加热温度定为78(TC，当坩埚温度升至200 250°C 时，在坩埚中撒入镁合金熔炼覆盖剂，覆盖剂用量与合金总质量比为 1/200 1/50，并加入镁锭和铝锭；3) 待合金熔液温度升至750 78(TC时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯 Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌2 5分钟，搅拌完成后保温30分钟；4) 将合金熔液温度调整至710 73(TC，静置3 5分钟后，撇去合金液表 面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注水冷金属模中。所述的镁合金熔炼覆盖剂其组成(质量百分比)为55 65%KC1， 10 15%LiCl和25 30%CaCl2。该覆盖剂最终不存在于目标合金当中。本发明的关键是将合金的成分设计与制备方法紧密结合，充分发挥稀土元 素Nd和碱土元素Sr对合金组织和性能的双重影响作用，使获得的合金高温性 能有较大幅度的改善。
图1:实施例1合金的显微组织照片图2:实施例1合金在175。C/70MPa条件下的蠕变曲线，及其与Mg-6Ai-2Sr合金蠕变曲线的对比。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明。以商业高纯镁(》99.99%)、纯铝(》99.99%)为原料，Nd元素和Sr元素分 别以Mg-20%Nd中间合金和纯Sr元素的形式加入。 实施例l合金成分(质量百分比)Al: 5.8%， Sr: 2.2%， Nd: 2.1%，杂质元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余为Mg。将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在 烘箱中预热至14(TC，将坩埚电阻炉设定加热温度定为78(TC，当坩埚温度升 至200。C时，在坩埚中撒入占合金总质量l/50的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。 待合金熔液温度升至75(TC时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒 温条件下对合金熔体搅拌5分钟，搅拌完成后保温30分钟。将合金熔液温度 调整至72(TC，静置5分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注 于水冷金属模中。
本发明的合金在175'C温度条件下，抗拉强度为166MPa，伸长率为7.5%; 在蠕变温度为175°C，应力70MPa条件下的100小时总蠕变量为0.12%。 实施例2合金成分(质量百分比)Al: 6.3%， Sr: 1.8%， Nd: 2.3%，杂质元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0.002%，其余为Mg。将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金烙炼覆盖剂在 烘箱中预热至160'C，将坩埚电阻炉设定加热温度定为78(TC，当坩埚温度升 至25(TC时，在坩埚中撒入占合金总质量1/150的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。 待合金熔液温度升至78(TC时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr,并在此恒 温条件下对合金熔体搅拌2分钟，搅拌完成后保温30分钟。将合金熔液温度 调整至730。C，静置3分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注 于水冷金属模中。本发明的合金在175t:温度条件下，抗拉强度为164MPa，伸长率为7.0%; 在蠕变温度为175°C，应力70MPa条件下的IOO小时总蠕变量为0.15%。实施例3合金成分(质量百分比)Al: 5.7%， Sr: 2.3%， Nd: 1.7%,杂质元素 Si《0.02%， Fe《0.005%， Cu《0.015%， Ni《0,002%，其余为Mg。将上述配比的镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在 烘箱中预热至16(TC，将坩埚电阻炉设定加热温度定为78(TC，当坩埚温度升 至200。C时，在坩埚中撒入占合金总质量1/200的覆盖剂，并加入镁锭和铝锭。 待合金熔液温度升至750°C时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，并在此恒 温条件下对合金熔体搅拌5分钟，搅拌完成后保温20分钟。将合金熔液温度 调整至71(TC，静置5分钟后，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注 于水冷金属模中。本发明的合金在175t:温度条件下，抗拉强度为161MPa，伸长率为6.8%; 在蠕变温度为175°C，应力70MPa条件下的100小时总蠕变量为0.17%。
权利要求
1、一种Nd和Sr复合强化的耐热镁合金，其特征在于按重量百分比计，Al含量为5.5-6.5％，Sr含量为1.5-2.5％，Nd含量为1.5-2.5％，杂质元素Si含量不大于0.02％，Fe含量不大于0.005％，Cu含量不大于0.015％，Ni含量不大于0.002％，其余为Mg。
2 、制备权利要求1所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下1) 将镁锭、铝锭、Mg-Nd中间合金、Sr锭和镁合金熔炼覆盖剂在烘箱中 预热至140~160°C;2) 将坩埚电阻炉设定加热温度定为780°C，当坩埚温度升至200~250°C 时，在坩埚中撒入镁合金熔炼覆盖剂，覆盖剂用量与合金总质量比为 1/200~1/50，并加入镁锭和铝锭；3) 待合金熔液温度升至750 78(TC时，依次加入Mg-Nd中间合金和纯 Sr，并在此恒温条件下对合金熔体搅拌2 5分钟，搅拌完成后保温30分钟；4) 将合金熔液温度调整至710 73(TC，静置3 5分钟后，撇去合金液表 面浮渣及覆盖剂，将合金液浇注水冷金属模中。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的镁合金熔炼覆 盖剂的质量百分比组成为55~65%KC1， 10 15。/。LiCl和25 30。/。CaCl2。
全文摘要
一种Nd、Sr复合强化耐热镁合金及其制备方法属于合金领域。本发明的合金其组分和质量百分比为Al5.5-6.5％，Sr1.5-2.5％，Nd1.5-2.5％，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。本发明的制备工艺为先将各种合金锭和镁合金熔炼覆盖剂预热，设定坩埚加热温度后开始加热，先将坩埚内加入一定量的镁合金熔炼覆盖剂，并加入镁锭和铝锭，合金液升至一定温度后依次加入Mg-Nd中间合金和纯Sr，经搅拌，撇去合金液表面浮渣及覆盖剂后浇铸于水冷金属模中。本发明获得的合金在175℃温度条件下，抗拉强度为不低于160MPa，伸长率不低于6.0％；在蠕变温度为175℃，应力为70MPa条件下的100小时总蠕变量不大于0.2％。
文档编号C22C23/02GK101158003SQ20071017746
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者吴玉锋, 左铁镛, 杜文博, 王朝辉 申请人:北京工业大学