专利名称：一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本的、含锡(Sn)与铝(A1)的高强度高塑性镁合金及其制备 方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术：
镁合金作为一种新型金属材料，以其密度小、比强度和比刚度高等优点，在航空航 天、汽车以及电子产品等领域获得了广泛应用。目前，镁及镁合金的需求量每年以20%的速 率增长，被誉为是“二十一世纪的绿色工程材料”。目前，商用镁合金基本上可以分为铸造镁合金与变形镁合金两大类。在铸造镁合 金中，AZ系列应用最广泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。但是，AZ91系列合金普遍存 在塑性较差的问题，而AM60/50合金则存在强度不高的缺陷。为了适应市场需求，进一步扩大镁合金的应用范围，在低成本前提下，同时提高合 金强度与韧性是关键所在。尽管许多科研工作对现有的镁合金进行了晶粒细化、微合金化 等研究，但是应用性不理想。因此，设计开发一种低成本、高强度高塑性镁合金是很有必要 的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本的、含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备 方法，通过合理选择合金化元素，解决现有技术中AZ91系列合金普遍存在塑性较差的问 题，以及AM60/50合金存在强度不高的缺陷。为实现上述目的，本发明的技术方案如下—种含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其组分及重量百分含量为Sn :3-6%,Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。本发明确定合金成分的设计思想是(1)采用Sn作为第一组分，Sn在共晶温度561°C时的固溶度为14. 85%，而在 200°C时固溶度为0. 45%，因此Sn在镁中具有良好的固溶强化效果；同时含Sn镁合金中形 成的Mg2Sn熔点高(770°C，Mg17Al12为462°C )，分布弥散，具有强化作用，因此合金中加入 3-6% Sn，最优重量百分比为5%。(2)本发明合金中加入3-7% Al，A1具有固溶强化作用，同时合金中加入A1可以 提高熔体流动性。(3)本发明形成的合金晶粒较小，合金强度与塑性较高。本发明优选配方(重量百分比)为4% Sn，5% A1，剩余部分为镁和不可避免的杂 质。本发明上述合金的熔铸工艺如下熔炼过程在气体保护下进行，将工业纯美熔化 后，分别加入纯Sn、纯A1，等合金元素完全溶解后，采用镁合金熔炼常用的精炼剂(如RJ-2 熔剂，加入量占熔体重量的)精炼，保温除渣后进行铸造，具体步骤如下
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(1)先将纯Mg、纯A1在150-20(TC下预热20-30分钟，将纯Sn在100_15(TC下预 热20-30分钟，并烘干，同时将精炼剂以及模具在150-200°C预热30-60分钟；(2)将纯Mg在C02与SF6混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700_720°C 时，向熔体中加入预热纯A1与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至 730-750°C加入精炼剂进行精炼，在730-750°C保温20-30分钟后降温至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在C02与SF6混合气体保护下进行浇铸成型。所述C02与SF6混合气体中，SF6体积分数为0.5%。所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或者砂型铸造。本发明的优点及有益效果如下1、与现有镁合金相比，本发明具有实质性特点和显著进步，改发明熔炼工艺简单， 生产效率高，合金成本低。2、本发明合金在铸态下，抗拉强度ob达到210_250MPa，屈服强度oa2达到 90-180MPa，延伸率5达到11-16%，具有高的强度与优良的塑性，不需要热处理，即可直接 使用。
图1为本发明合金在铸态下的合金组织图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进一步详细说明。实施例1 合金成分(重量分数)为3% Sn，5% A1，剩余部分为镁和不可避免的杂质。首先，将纯Mg、纯A1与纯Sn预热，纯Mg、纯A1在200°C预热30分钟，纯Sn在100°C 预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200°C预热30分钟；然后，将纯Mg在C02与SF6混合 气体(SF6体积分数为0. 5% )保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700°C时，向 熔体中加入纯A1与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750°C加入占 熔体重量1 %的RJ-2熔剂进行精炼，在750°C保温30分钟后降温至730°C，撇去浮渣进行浇 铸，浇铸用石墨模具在150°C预热50分钟。本实施例合金的抗拉强度为240. 5MPa,屈服强度为99. OMPa,延伸率为12. 4%。如图1所示，本发明合金在铸态下的合金组织的特点是合金凝固组织由枝晶 a -Mg以及在枝晶间分布的离异共晶Mg17Al12与离异共晶相Mg2Sn组成，其中A为基体 a -Mg ；B为Sn在枝晶间成分偏析；C为离异共晶相Mg17Al12 ；D为Mg2Sn。实施例2 合金成分(重量分数)为4% Sn，7% A1，剩余部分为镁和不可避免的杂质。首先，将纯Mg、纯A1与纯Sn预热，纯Mg、纯A1在200°C预热30分钟，纯Sn在100°C 预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200°C预热30分钟；然后，将纯Mg在C02与SF6混合 气体(SF6体积分数为0. 5% )保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700°C时，向 熔体中加入纯A1与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750°C加入占 熔体重量1 %的RJ-2熔剂进行精炼，在750°C保温30分钟后降温至730°C，撇去浮渣进行浇
4铸，浇铸用石墨模具在150°C预热50分钟。本实施例合金的抗拉强度为235. OMPa，屈服强度为115. 3MPa，延伸率为11. 7%。实施例3 合金成分(重量分数)为4% Sn，3% A1，剩余部分为镁和不可避免的杂质。首先，将纯Mg、纯A1与纯Sn预热，纯Mg、纯A1在200°C预热30分钟，纯Sn在100°C 预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200°C预热30分钟；然后，将纯Mg在C02与SF6混合 气体(SF6体积分数为0. 5% )保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700°C时，向 熔体中加入纯A1与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750°C加入占 熔体重量1 %的RJ-2熔剂进行精炼，在750°C保温30分钟后降温至730°C，撇去浮渣进行浇 铸，浇铸用石墨模具在150°C预热50分钟。本实施例合金的抗拉强度为211. 5MPa，屈服强度为176. 5MPa，延伸率为15. 2%。实施例4 合金成分(重量分数)为4% Sn，5% A1，剩余部分为镁和不可避免的杂质。首先，将纯Mg、纯A1与纯Sn预热，纯Mg、纯A1在200°C预热30分钟，纯Sn在100°C 预热30分钟，并烘干，同时将精炼剂在200°C预热30分钟；然后，将纯Mg在C02与SF6混合 气体(SF6体积分数为0. 5% )保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700°C时，向 熔体中加入纯A1与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至750°C加入占 熔体重量1 %的RJ-2熔剂进行精炼，在750°C保温30分钟后降温至730°C，撇去浮渣进行浇 铸，浇铸用石墨模具在150°C预热50分钟。本实施例合金的抗拉强度为242. 5MPa，屈服强度为102. 4MPa，延伸率为14. 4%。
权利要求
一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其特征在于，其组分及重量百分比为3-6％Sn，3-7％Al，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金，其特征在于，其优选重量 百分比为4% Sn, 5% Al，剩余部分为镁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于， 具体步骤如下(1)先将纯Mg、纯Al在150-200°C下预热20-30分钟，将纯Sn在100-150°C下预热 20-30分钟，并烘干，同时将精炼剂以及模具在150-200°C预热30-60分钟；(2)将纯Mg在CO2与SF6混合气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720°C时，向熔 体中加入预热纯Al与纯Sn，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750°C 加入精炼剂进行精炼，在730-750°C保温20-30分钟后降温至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在CO2与SF6混合气体保护下进行浇铸成型。
4.根据权利要求3所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于， 所述CO2与SF6混合气体中，SF6体积分数为0.5%。
5.根据权利要求3所述的含锡与铝的高强度高塑性镁合金的制备方法，其特征在于， 所述浇铸成型，采用压铸、低压铸造、金属型铸造或者砂型铸造。
全文摘要
本发明涉及一种低成本的、含锡(Sn)与铝(Al)的高强度高塑性镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域，通过合理选择合金化元素，解决现有技术中AZ91系列合金普遍存在塑性较差的问题，以及AM60/50合金存在强度不高的缺陷。镁合金组分及重量百分比为3-7％Al，3-6％Sn，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。熔炼过程在气体保护下进行，将工业纯美熔化后，分别加入纯Sn、纯Al，等合金元素完全溶解后精炼，保温除渣后进行铸造。本发明合金在铸态下，抗拉强度σb达到210-250MPa，屈服强度σ0.2达到90-180MPa，延伸率δ达到11-16％，具有高的强度与优良的塑性，不需要热处理，即可直接使用。
文档编号C22C23/02GK101871068SQ20091001128
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者周吉学, 杨院生, 王晶, 王杰, 童文辉 申请人:中国科学院金属研究所