一种高强韧铸造镁合金及其制备方法与流程

本发明主要是涉及一种高强韧铸造镁合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术：

镁合金是迄今工程应用中最轻的金属结构材料，被广泛应用于汽车、航空和计算机等领域。mg-al-mn（简称am）系合金由于具有较好的塑韧性、良好的铸造性能及较低的成本，已被广泛应用在汽车方向盘骨架、座椅架和仪表板等部件上。但am系合金的强度较低，还不能满足一些汽车关键结构件（如轮毂）的性能要求。研究表明，利用合金化所产生的析出强化、细晶强化以及固溶强化的作用能够明显改善镁合金的力学性能。目前am系合金化的研究主要集中在si、sr、ca、sb、ti和re等。除上述合金元素外，稀土元素y和镁中常用元素zn对改善mg-al系合金组织和力学性能的作用也比较明显，但有关同时添加y和zn元素对am系合金组织与性能影响的研究较少。因此，开发具有良好铸造性能和力学性能的铸造镁合金对扩大镁合金的应用具有重要的意义。

技术实现要素：

发明目的：

本发明针对现有am系合金的强韧性较低的弊端，提供一种含zn和y的高强韧铸造镁合金及其制备方法。通过在am50合金的基础上，加入适量的金属zn和y，改善合金的性能，使之具有较高的室温强韧性能，以满足工业领域的需要。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高强韧铸造镁合金，以工业用镁合金am50铸锭为母合金，加入zn和y制成，该合金的化学组成按质量百分比：4.9~5.0%al，3.1~3.4%zn，0.7~0.75%y，0.25~0.3%mn，杂质元素si不大于0.03%，其它杂质fe、ni和cu的总含量不大于0.01%，mg余量，其中zn和y元素质量比（4.42~4.53）:1。

所述高强韧铸造镁合金的组成元素纯度分别为al、zn、mn、fe、ni、cu>99.9%。

一种高强韧铸造镁合金的制备方法，该方法步骤如下：选用工业用镁合金am50铸锭作母合金，将母合金锭预热至200~250℃，并在有sf6和n2的混配气体保护的熔炉中熔化，待母合金全部熔化后，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置20~30分钟，然后扒去表面浮渣，浇注到预热温度200℃的金属型模具中。

优点及效果：

本发明是一种高强韧铸造镁合金及其制备方法，具有如下优点：

通过上述成分配比和制备工艺开发出的镁合金具有良好的室温强韧性能，该合金室温抗拉强度为205~215mpa，屈服强度为100~110mpa，伸长率为10%~11%，其性能指标明显优于商用am50合金。

使用本发明方法制造的镁合金，具有较高的室温强韧性能，而且易于铸造成形。具体特点如下：

（1）通过向合金中加入适量的zn、y元素可以细化合金组织，形成φ-mg21(zn,al)17、al2y和al6ymn6强化相，并改善β-mg17al12相形貌及尺寸，从而使合金获得较高的强韧性。

（2）zn和y元素在镁中均具有较大的固溶度，具有明显的固溶强化效果，有助于合金后续的热处理强化。

（3）添加y元素可以去除镁合金液的夹杂物从而净化合金溶液，改善合金的流动性及加工性能，并增强合金的抗氧化性能。

（4）合金组成中金属zn和稀土y含量较少，使得合金成本较低，且母合金选用商用am50合金，其来源广泛，熔炼工艺成熟，通用性强，更适合于工业化生产。

附图说明：

图1am50-zn-y合金显微组织表征图片；

图2am50-zn-y合金的sem照片；

图3am50-zn-y合金的xrd谱；

图4am50-zn-y合金与am50合金拉伸力学性能对比图。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

如图1、图2和图3所示，一种高强韧铸造镁合金，以工业用镁合金am50铸锭为母合金，加入zn和y制成，该合金的化学组成按质量百分比：4.9~5.0%al，3.1~3.4%zn，0.7~0.75%y，0.25~0.3%mn，杂质元素si不大于0.03%，其它杂质fe、ni和cu的总含量不大于0.01%，mg余量，其中zn和y元素质量比（4.42~4.53）:1。

所述高强韧铸造镁合金的组成元素纯度分别为al、zn、mn、fe、ni、cu>99.9%。

一种高强韧铸造镁合金的制备方法，该方法步骤如下：选用工业用镁合金am50铸锭作母合金，将母合金锭预热至200~250℃，并在有sf6和n2的混配气体保护的熔炉中熔化，待母合金全部熔化后，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置20~30分钟，然后扒去表面浮渣，浇注到预热温度200℃的金属型模具中。

该合金室温抗拉强度为205~215mpa，屈服强度为100~110mpa，伸长率为9.5%~11%。

如图4所示，本发明的am50-zn-y合金拉伸力学性能明显优于am50合金。

实施例1

选用工业用镁合金am50为母合金，将合金预热至200℃，并在sf6和n2的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置20分钟，然后扒去表面浮渣，进行浇注。

获得的铸件的成分如下表所示（质量百分比）：

室温抗拉强度为205.8mpa，屈服强度为100.2mpa，伸长率为11.0%。

实施例2

选用工业用镁合金am50为母合金，将合金预热至220℃，并在sf6和n2的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置30分钟，扒去表面浮渣，进行浇注。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

室温抗拉强度为206.6mpa，屈服强度为105.2mpa，伸长率为10.0%。

实施例3

选用工业用镁合金am50为母合金，将合金预热至230℃，并在sf6和n2的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置25分钟，扒去表面浮渣，进行浇注。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

室温抗拉强度为208.5mpa，屈服强度为104.2mpa，伸长率为10.2%。

实施例4

选用工业用镁合金am50为母合金，将合金预热至250℃，并在sf6和n2的混合气体保护下进行熔化，将温度升至700℃，将mg-25%y中间合金预热后直接加入熔体中，待其完全熔化后，将预热的纯zn加入合金熔体中，经搅拌混合均匀，静置20分钟，扒去表面浮渣，进行浇注。

获得铸件的成分如下（质量百分比）：

室温抗拉强度为215.2mpa，屈服强度为109.6mpa，伸长率为9.5%。

am50-zn-y合金组织表征照片如图1所示：图1为am50-zn-y合金显微组织；图2为am50-zn-y合金的sem照片；图3为am50-zn-y合金的xrd谱。由图1可以看出，am50-zn-y合金组织细小，平均晶粒尺寸为50μm。结合图2和图3及eds分析可知，am50-zn-y合金组织由α-mg、层片状φ-mg21(zn,al)17、条状或粒状β-mg17al12、及细小的al6ymn6相和al2y相所构成。

结论：

为了改善现有商用铸造镁合金强韧性较低的弊端，本发明通过向am50合金中加入金属zn和y，制备出具有高强韧性能的铸造镁合金。该合金具有成本低、熔体处理简单、铸造成型性能良好、较高的强韧性的优点，易于推广使用，特别适合于规模化商业生产，极具市场潜力。该合金的室温力学性能指标均高于商用am50合金。