高性能耐热铸造镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种高性能耐热铸造镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金具有低密度、阻尼减震性好、电磁屏蔽效果好、机加工性能优异、零件尺寸稳定、较高的比强度和比刚度及易于回收利用等优点，随着科学技术的不断进步，节能降耗要求的提高及对环保的日益重视，尤其从2001年家电再循环法实施以来，具有优越再循环特性的镁合金在汽车工业、电子工业和航天航空工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来镁合金产量在全球的年增长率高达20%以上，显示出极大的应用前景。
[0003]自20世纪70年代发生能源危机以来，世界汽车制造业受节能与环保这两个因素的制约，汽车设计专家们想方设法减轻汽车重量，以到达减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。减轻重量就意味着减少燃料消耗并减少了污染环境排放物的产生，因此镁合金成了汽车“轻量化”最具吸引力的结构材料之一。由于高温下镁合金的滑移系及滑移面增加，镁合金急速软化强度降低，最终导致失效。用于汽车等零部件的镁合金不得不增大壁厚，因此提高镁合金的高温强度使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点之一。
[0004]在高强度镁合金的研宄中，镁合金主要通过合金元素产生的固溶强化、细晶强化和弥散强化等作用来提高镁合金的性能。镁合金的主要合金元素有Al、Zn、Mn、Zr、稀土元素及稀有金属元素等。目前存在的一些高性能耐热镁合金，大多数以重稀土或稀有金属为主要添加合金元素，成本高，只能应用在军工或航空航天领域。因此，当前高强度耐热镁合金的开发应兼顾高高性能和低成本两个方面的因素。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种高性能耐热铸造镁合金及其制备方法，其目的是解决以往的合金所存在的问题，制备出室温抗拉强度彡320MPa，伸长率彡6% ;200°C下抗拉强度彡220MPa，伸长率多9%的高性能耐热铸造镁合金。
[0006]本发明是通过以下技术方案实施的:
[0007]高性能耐热铸造镁合金，其特征在于:镁合金中的组分及质量百分比为:Zn5% ?8%，Si 1.5%, Sn 3%, Sr 0.5%, Bi 0.5%，其余为 Mg。
[0008]镁合金室温抗拉强度彡320MPa，伸长率彡6%。
[0009]镁合金200°C下抗拉强度彡220MPa，伸长率彡9%。
[0010]高性能耐热铸造镁合金的制备方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0011](I)配料:原料采用纯度大于99.95%的金属Mg、Sn、Zn、Sr、Bi及20% Mg-Si中间合金，按质量百分比Zn 5%?8%，Si 1.5%, Sn 3%, Sr 0.5%, Bi 0.5%，其余为Mg的比例配料；
[0012](2)熔炼:采用铁坩祸，在坩祸电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg完全熔化后加入金属Sn、Zn、Sr、Bi及Mg-Si中间合金，熔炼温度控制在720V _750°C，采用队和SF6—定比例混合气体进行保护，得到金属液；
[0013](3)浇注:浇注温度为730°C，金属模具预热温度为200°C，得到Φ 13mmX IlOmm的圆柱状铸锭。
[0014](4)热处理:将步骤(3)所得的铸锭在350°C固溶24小时后升温至450°C固溶12小时后，再在200°C条件下时效36?60小时，得到高性能耐热铸造镁合金。
[0015]金属Sr采用多孔钟罩压入。
[0016]在正常铸造工艺下，浇注时模具采用金属型。
[0017]优点效果:本发明提供一种高性能耐热铸造镁合金及其制备方法，本发明加入Zn、S1、Sn、Bi和Sr五种合金元素，制备高性能耐热铸造镁合金。加入Zn能提高镁合金的固溶时效强化效果，提高合金塑性，热处理后析出的MgZn相能起到第二相强化的作用。生成的Mg2SruMgSnSr和Mg2Si相都是高温性能良好的高温强化相，Zn还可以使Mg2Sn的时效析出时间缩短并细化Mg2Sn相。因此Zn的加入能有效的提高镁合金的室温及高温性能，并改善镁合金的热处理工艺性能。
[0018]在现有的镁合金应用中，铸造镁合金的占有量高达90 %，并且在工装和模具设计上，可以借鉴铝合金成熟的设计经验，甚至可以达到互换的程度。因此，开发低成本高强度耐热铸造镁合金，具有广泛的应用前景。
[0019]本发明方法制备的高性能高铸造耐热镁合金，室温抗拉强度多320MPa，伸长率彡6% ;200°C下抗拉强度彡220MPa，伸长率彡9%，具有良好的综合力学性能，可广泛应用于商业部件，包括汽车零部件、电子产品部件及航天航空用部件。
【附图说明】
:
[0020]图1为线切割的拉伸试样尺寸；
[0021]图2为实施例7制备的Mg-7Zn-3Sn-l.5Si_0.5Sr_0.5Bi镁合金室温下拉伸的应力-应变曲线。
[0022]图3为实施例7制备的Mg-7Zn-3Sn-l.5Si_0.5Sr_0.5Bi镁合金220°C下拉伸的应力-应变曲线。
【具体实施方式】
:
[0023]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。但本发明保护范围不仅限于以下实施例，应包含权利要求书中的全部内容。
[0024]实施例1:
[0025]高性能耐热铸造镁合金，按质量百分比化学成分为:Zn 5%, Sil.5%, Sn 3%, Sr0.5%,Bi 0.5%、其余为 Mg。
[0026]制备方法如下:
[0027](I)配料:原料采用纯度大于99.95%的金属Mg、Sn、Zn、Sr、Bi及20% Mg-Si中间合金，按质量百分比Zn 5%,Si 1.5%,Sn 3%,Sr 0.5%,Bi 0.5%，其余为Mg的比例配料；
[0028](2)熔炼:采用铁坩祸，在坩祸电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg完全熔化后加入金属Sn、Zn、Sr、Bi及Mg-Si中间合金，其中Ca采用多孔钟罩压入。熔炼温度控制在7500C，采用队和SF 6混合气体进行保护，按体积百分比计，N 295 %，SF65 %，得到金属液；
[0029](3)浇注:浇注温度为730°C，金属模具预热温度为200°C，得到Φ 13mmX IlOmm的圆柱状铸锭。
[0030](4)热处理:将步骤(3)所得的铸锭先在350°C条件下固溶24小时后升温至450°C继续固溶12小时，再在200°C条件下时效36小时，得到高性能耐热铸造镁合金。
[0031]得到的Mg-5Zn-3Sn-l.5Si_0.5Sr_0.5Bi合金室温下抗拉强度为330MPa，伸长率为6.8%。200°C下抗拉强度为230MPa，伸长率为9.2%。
[0032]实施例2:
[0033]高性能耐热铸造镁合金，按质量百分比化学成分为:Zn 6%, Sil.5%, Sn 3%, Sr0.5%,Bi 0.5%、其余为 Mg。
[0034]制备方法如下:
[0035](I)配料:原料采用纯度大于99.95%的金属Mg、Sn、Zn、Sr、Bi及20% Mg-Si中间合金，按质量百分比Zn 6%,Si 1.5%,Sn 3%,Sr 0.5%,Bi 0.5%，其余为Mg的比例配料；
[0036](2)熔炼:采用铁坩祸，在坩祸电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg完全熔化后加入金属Sn、Zn、Sr、Bi及Mg-Si中间合金，其中Ca采用多孔钟罩压入。熔炼温度控制在7500C，采用队和SF 6混合气体进行保护，按体积百分比计，N 295 %，SF65 %，得到金属液；
[0037](3)浇注:浇注温度为730°C，金属模具预热温度为200°C，得到Φ 13mmX IlOmm的圆柱状铸锭。
[0038](4)热处理:将步骤(3)所得的铸锭先在350°C条件下固溶24小时后升温至450°C继续固溶12小时，再在200°C条件下时效36小时，得到高性能耐热铸造镁合金。
[0039]得到的Mg-6Zn-3Sn-l.5Si_0.5Sr_0.5Bi合金室温抗拉强度为340MPa，伸长率为
7.2%。200°C下抗拉强度为235MPa，伸长率为9.4%。
[0040]实施例3:
[0041]高性能耐热铸造镁合金，按质量百分比化学成分为:Ζη ?%、Sil.5%, Sn 3%, Sr0.5%,Bi 0.5%、其余为 Mg。
[0042]制备方法如下:
[0043](I)配料:原料采用纯度大于99.95%的金属Mg、Sn、Zn、Sr、Bi及20% Mg-Si中间合金，按质量百分比Zn 7%,Si 1.5%,Sn 3%,Sr 0.