专利名称：耐热抗蠕变镁合金及其制造方法
技术领域：
本发明耐热抗蠕变镁合金及其制造方法涉及的是一种用准晶增强的耐热抗蠕变镁合金材料，是属于金属材料的设计与制造领域。
背景技术：
镁合金作为最轻质的金属工程结构材料，具有比强度高，铸造成形性好，阻尼、吸震、降噪性能优越，电磁屏蔽能力强，机加工和表面装饰性能良好，并且易于回收利用等优点，在汽车、电子、航空航天、军事等领域显示出广阔的商业应用前景，成为替代铝合金、钢铁和工程塑料的重要材料，它的利用对减重和节能降耗特别显著。尽管在汽车上减重最为奏效的是诸如缸体、变速箱壳盖类铸件。但因镁合金耐热性差就限制了其推广应用的步伐。所以提高镁合金的耐热抗蠕变性能对扩大镁合金的应用领域具有重要意义。
目前用来提高和改善镁合金耐热抗蠕变性能的具体方法是对镁合金进行合金化，加入单元素Si、Ca、Sb、Bi、Sr、Ag、Sn等，或二元素复合，以单双元素加入合金化时比较困难，形成的化合物质点颗粒较粗大且分布不均匀。对耐热性的提高幅度也有限，这种镁合金一般只能在120～150℃工作温度下使用，而加入Re系元素尽管可进一步提高在150～200℃条件下的工作温度，但使合金成本增加较高，在民用工业中推广应用比较困难。为此，如果能够找到一种制造工艺简便，性能提高显著，成本增加不高，又适合于工业化生产的高强度耐热镁合金意义重大。
发明内容
本发明为了克服现有镁合金的不足之处，提出一种工艺简便，成本相对低廉，又能显著提高耐热抗蠕变性能的镁合金生产新工艺技术方法，我们利用准晶准周期性排列，结晶核心多，晶体生长速度慢，在准晶相界面处表面能低的特点，在镁合金熔炼过程中，加入预先制备好的一定量的含有MgxZnuMnwYt准晶相的中间合金，经过均匀化处理保温，精炼扒渣后浇入锭模或铸型，使之在凝固过程中形成了α-Mg+β-Mg17Al12+MgxZnuMnwYt系准晶相的三相复合组织。由于在这种镁合金铸态基体组织的晶粒内部和边界处出现大量细小均匀弥散分布的MgxZnuMnwYt准晶颗粒质点而钉扎晶界，使这种材料在高温时的耐热稳定性提高，尤其在150～200℃工作条件下的耐热抗蠕变性能得到显著提高，是一种很好的汽车用耐热镁合金。
为了实现上述目的，本发明的一种耐热抗蠕变镁合金，其特征在于控制化学成分(按质量百分比Wt％计)Al4.00～8.50，Zn1.00～5.00，Mn0.10～1.20，Y0.01～1.00，Ni＜0.005，Fe＜0.05，Cu＜0.05，其余为Mg。
首先，按照权利要求2-I所述的耐热抗蠕变镁合金的制造方法按设计成分备料(按熔体质量百分数比Wt％计)为1#镁锭40.00～50.00，1#纯锌43.00～55.00，纯钇2.00～5.00，电解锰0.50～5.00并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，在F6S气体保护下，在电阻炉中按照常规镁合金熔炼方法在740～780℃保温熔炼出符合化学成分要求的准晶中间合金液体，在730～780℃出炉浇入金属型中凝固成形，制备出一种具有MgxZnuMnwYt系准晶相的中间合金锭料。其准晶相中x+u+w+t＝100为原子百分比，其中26.0≤x≤34.0，56.0≤u≤62.0，1.0≤w≤3.0，6.0≤t≤10.0。
其次，按照Mg-Al-Zn-Mn-Y系镁合金成分要求，称好所需的基础炉料(按熔体质量百分比Wt％计)，1#镁锭91.50～96.00，纯铝4.00～8.00，1#纯锌0～0.50，电解锰0～0.50，并进行预热烘烤，按常规镁合金熔炼方法在电阻炉中将合金在F6S气体保护下熔化，并升温至700～750℃后，保温10～15分钟，加入占熔体总重2.00～8.00％的MgxZnuMnwYt系准晶相的固体中间合金进行熔体均匀化处理，保温10～15分钟后，进行精炼，静置1小时后扒去浮渣，降温至680～730℃出炉浇注(或压铸)铸件，或降至650～680℃浇注成合金铸锭待用。
这种耐热抗蠕变镁合金的终态基体组织是α-Mg+β(Mg17Al12)+弥散均匀分布于α-Mg相之内或β相的边缘附近的MgxZnuMnwYt系准晶颗粒三相共存的复相组织所组成。MgxZnuMnwYt系准晶颗粒在耐热抗蠕变镁合金材料中的体积相对含量为1.00～3.50％。在本发明所提供的中间合金中由于准晶相具有界面能低和环境友好的特点，所以在制备好的新型耐热抗蠕变镁合金基体组织中，准晶相颗粒作为增强相弥散分布均匀，尺寸明显小于用其它方法生成的增强相，且形状趋于球形，对基体组织的割裂作用和应力集中程度减轻。所以使合金的强韧性和耐热抗蠕变性得以提高。
四
附图1-1a是实施方式1中的准晶中间合金的金相组织照片。
附图1-1b是实施方式1中的准晶中间合金的X-射线衍射分析曲线。
附图1-2a是实施方式2中的准晶中间合金的金相组织照片。
附图1-2b是实施方式2中的准晶中间合金的X-射线衍射分析曲线。
附图1-3a是实施方式3中的准晶中间合金的金相组织照片。
附图1-3b是实施方式3中的准晶中间合金的X-射线衍射分析曲线。
附图2-1是实施方式1耐热抗蠕变镁合金的金相组织照片。
附图2-2是实施方式2耐热抗蠕变镁合金的金相组织照片。
附图2-3是实施方式3耐热抗蠕变镁合金的金相组织照片。
五具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施方式1耐热抗蠕变镁合金的化学成分(按质量百分比Wt％计)为Al 8.50，Zn3.00，Mn1.00，Y0.30，Ni0.005，Fe0.04，Cu 0.03，其余为Mg。
首先按设计成分备料(按熔体质量百分比Wt％计)为，1#镁锭40.00，1#纯锌55.00，纯钇2.50，电解锰2.50并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，按常规镁合金熔炼方法将合金在F6S气体保护下熔化，并升温至740℃后保温，熔炼出符合化学成分设计要求的准晶中间合金液体，在730℃浇入金属型后，在常规凝固条件下在金属型中凝固成锭，制备出一种具有Mg26Zn62Mn2Y10准晶相的中间合金锭料。此锭料的金相组织照片如附图1-1a所示，X-衍射分析曲线如附图1-1b所示。
其次，按所需的基础炉料备料(按熔体质量百分数Wt％计)，1#镁锭91.50，纯铝8.00，1#纯锌0.50，并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，按常规镁合金熔炼方法将合金在F6S气体保护下熔化，并升温至700℃后，保温10分钟，加入占熔体总重2.00％的预先制备好的具有Mg26Zn62Mn2Y10准晶相的固体中间合金锭，进行熔体均匀化处理，保温10～15分钟后，进行精炼，静置1小时后扒去浮渣，降温至680℃出炉直接浇注(或压铸)铸件或降至650℃浇注成合金铸锭待用。并在680℃同时浇注出金属型性能试样，这种耐热抗蠕变镁合金的终态基体组织是α-Mg+β(Mg17Al12)+弥散均匀分布于α-Mg相之内或β相的边缘附近的MgxZnuMnwYt系准晶颗粒三相共存的复相组织所组成。MgxZnuMnwYt系准晶颗粒在耐热抗蠕变镁合金材料中的体积相对含量为1.00％。显微组织照片如附图2-1所示，所测得的力学性能如附表所示。
实施方式2耐热抗蠕变镁合金的化学成分(按质量百分数Wt％计)Al4.00，Znl.00，Mn0.30，Y1.00，Ni0.003，Fe0.03，Cu 0.05，其余为Mg。
首先按设计成分备料(按熔体质量百分比Wt％计)为1#镁锭46.00，1#纯锌48.50，纯钇5.00，电解锰0.50并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，在F6S气体保护下，按照常规镁合金熔炼方法控制炉温在780℃熔炼出符合化学成分设计要求的准晶中间合金液体，在780℃浇入金属型后，在常规凝固条件下在金属型中凝固成锭，制备出一种具有Mg32Zn59Mn1.0Y8准晶相的中间合金锭料。此锭料的金相组织照片如附图1-2a所示，X-衍射分析曲线如附图1-2b所示。
其次，按所需的基础炉料备料(按熔体质量百分比Wt％计)为1#镁锭94.00，纯铝5.50，1#纯锌0.30，Mn0.20，并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，按常规镁合金熔炼方法将合金在F6S气体保护下熔化，并升温至730℃后，保温10分钟，加入占熔体总重5.00％的预先制备好的具有Mg40Zn51Mn1.0Y8准晶相的中间合金铸锭，进行熔体均匀化处理，保温10～15分钟后进行精炼，静置1小时后扒去浮渣，降温至710℃出炉直接浇注(或压铸)铸件或降至670℃浇注成合金铸锭待用。并在710℃同时浇注出金属型性能试样，这种耐热抗蠕变镁合金的终态基体组织是α-Mg+β(Mg17Al12)+弥散均匀分布于α-Mg相之内或β相的边缘附近的MgxZnuMnwYt系准晶颗粒三相共存的复相组织所组成。MgxZnuMnwYt系准晶颗粒在耐热抗蠕变镁合金材料中的体积相对含量为2.50％。显微组织照片如附图2-2所示，所测得的力学性能如附表所示。
实施方式3耐热抗蠕变镁合金的化学成分(按质量百分比Wt％计)为Al 6.50，Zn5.00，Mn0.70，Y0.80，Ni0.004，Fe0.05，Cu 0.04，其余为Mg。
首先按设计成分备料(按熔体质量百分比Wt％计)为1#镁锭50.00，1#纯锌43.00，纯钇3.50，电解锰3.50并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，在F6S气体保护下，按照常规镁合金熔炼方法在760保温熔炼出符合化学成分设计要求的准晶中间合金液体，在750℃浇入金属型后，在常规凝固条件下在金属型中凝固成锭，制备出一种具有Mg35Zn56Mn3.0Y6准晶相的中间合金锭料。此锭料的金相组织照片如附图1-3a所示，X-衍射分析曲线如附图1-3b所示。
其次，按所需的基础炉料备料(按熔体质量百分比Wt％计)为1#镁锭95.50，纯铝4.00，电解锰0.50并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，按常规镁合金熔炼方法将合金在F6S气体保护下熔化，并升温至750℃后，保温10分钟，加入占熔体总重8.00％的预先制备好的具有Mg34Zn56Mn4.0Y6准晶相的固体中间合金锭，进行熔体均匀化处理，保温10～15分钟后，进行精炼，静置1小时后扒去浮渣，降温至730℃出炉直接浇注(或压铸)铸件或降至680℃浇注成合金铸锭待用。并在730℃同时浇注出金属型性能试样，这种耐热抗蠕变镁合金的终态基体组织是α-Mg+β(Mg17Al12)+弥散均匀分布于α-Mg相之内或β相的边缘附近的MgxZnuMnwYt系准晶颗粒三相共存的复相组织所组成。MgxZnuMnwYt系准晶颗粒在耐热抗蠕变镁合金材料中的体积相对含量为3.50％。显微组织照片如附图2-3所示，所测得的力学性能如附表所示。
附表
权利要求
1.一种耐热抗蠕变镁合金其特征在于是一种用准晶增强的耐热抗蠕变镁合金材料，即是通过利用具有MgxZnuMnwYt系准晶相的中间合金，对镁基合金熔体进行准晶均匀化处理的一种Mg-Al-Zn-Mn-Y系镁合金材料，其化学成分按质量百分比Wt％计为Al4.00～8.50，Zn1.00～5.00，Mn0.10～1.20，Y0.01～1.00，Ni＜0.005，Fe＜0.05，Cu＜0.05，其余为Mg；这种耐热抗蠕变镁合金的铸态组织特征是α-Mg+β(Mg17Al12)+弥散均匀分布于α-Mg中或在β相的边缘附近的MgxZnuMnwYt系准晶颗粒三相共存的复相组织所组成；MgxZnuMnwYt系准晶颗粒在耐热抗蠕变镁合金材料中的体积相对含量为1.00～3.50％。
2.制造权利要求1所述的一种耐热抗蠕变镁合金的方法，其特征在于I.首先按设计成分备料，按熔体质量百分比Wt％计为1#镁锭40.00～50.00，1#纯锌43.00～55.00，纯钇2.00～5.00，电解锰0.50～5.00并进行预热烘烤，然后装入电阻炉中，在F6S气体保护下，在电阻炉中按照常规镁合金熔炼方法在740～780℃保温熔炼出符合化学成分要求的准晶中间合金液体，在730～780℃出炉浇入金属型中凝固成形，制备出一种具有MgxZnuMnwYt系准晶相的中间合金锭料。其准晶相中x+u+w+t＝100为原子百分比，其中26.0≤x≤34.0，56.0≤u≤62.0，1.0≤w≤3.0，6.0≤t≤10.0。II.按成分设计要求，称好所需的基础炉料，按熔体质量百分比Wt％计为1#镁锭91.50～96.00，纯铝4.00～8.00，1#锌锭0～0.50，电解锰0～0.50并进行预热烘烤，然后装炉，按常规镁合金熔炼方法将合金在F6S气体保护下在镁合金熔炼电阻炉中熔化，并升温至700～750℃后，保温10～15分钟，加入占熔体总重2.00～8.00％的所制备的MgxZnuMnwYt准晶中间合金进行熔体均匀化处理，保温10～15分钟后，进行精炼，静置1～2小时后扒去浮渣，在680～730℃出炉直接浇注或压铸铸件，或降温至650～680℃出炉浇注铸锭。
全文摘要
一种耐热抗蠕变镁合金及其制造方法涉及的是一种用准晶增强的镁合金材料及其制造方法，属于金属材料及其制造领域，其特征在于是通过利用具有Mg
文档编号C22C23/02GK1644738SQ20051001234
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月29日 优先权日2005年1月29日
发明者张金山, 李秀杰, 梁伟, 许春香, 杜宏伟, 高义斌 申请人:太原理工大学