专利名称：含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本含Si和c的抗蠕变镁合金及其制备方法。
背景技术：
镁合金由于具有较小的密度(是实用结构金属中密度最小的一 种)使其在许多场合具有十分显著的优势。特别是在航空、航天、以 及汽车、摩托车、高速/轻轨列车等交通工具轻量化方面具有难以替 代的优势。构件的密度小可以节省能源，在高速运动的场合还具有惯 性小的优势，这对于交通工具的启动和制动具有显著作用。
传统的镁合金如AZ91D、 AM50B、 AM60B等获得了广泛的应用，其 中，AZ91D的名义成分为A1-9、 Zn-l、 Mn-0. 3 (即A1 9重量％、 Zn 1重量％、 Mn 0. 3重量％、余量为Mg); AM50B的名义成分为Al-5、 Mn-O. 4 (即Al 5重量％、 Mn 0.4重量％、余量为Mg); AM60B的名义 成分为A1-6、 Mn-O. 4 (即A16重量。/。、 Mn 0. 4重量％、余量为Mg)。 这些镁合金依然是目前应用量最大的几种镁合金。这类镁合金的突出 特点是具有优异的压铸工艺性能，这是它们获得广泛应用的主要原因 之一。但是这些合金都具有一个缺点，就是在12(TC以上温度的抗蠕 变性能特别低。另一方面，现有的抗蠕变、耐热镁合金，例如EQ21、 QE22、 WE43、 WE54等，由于这些合金中含有大量的稀土元素、稀 有金属锆或贵金属银，比如EQ21合金中，含稀土 1. 3 3. 0重量％、 含银1.3 1.7重量％、含锆0.4 1.0重量％，该合金的成本是AZ91D 的4倍以上；再如WE43合金中，含稀土 2. 4 4. 4重量％、含钇3. 7 4.3重量％、含锆0.4 1.0重量％，该合金的成本是AZ91D的2倍以 上。制约着镁合金在发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱、齿轮室盖、 油底壳等重要部件上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供低成本含Si和C的抗蠕变镁合金，该抗蠕
变镁合金成本比AZ91D、 AM50B、 AM60B等有少量增加、压铸工艺性能 基本保持不降低，在12(TC 20CrC的抗蠕变性能大幅度提高，可以 满足该镁合金在发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱、齿轮室盖、油底 壳等重要部件上的应用。
本发明的另一个目的是提供一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合 金零部件的制备方法。
本发明的再一个目的是提供一种用于制备含Si和C的抗蠕变镁 合金所使用的碳化硅。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案
一种含Si和C的抗蠕变镁合金，该镁合金是在AZ91D、 AM50B或 認60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁 合金中Si含量为0. 1 2. 0重量％、 C含量为0. 04 0. 86重量％。上 述的AZ91D名义成分为A1-9、 Zn-l、 Mn-O. 3 (即A19重量。/。、 Zn 1 重量％、 Mn 0. 3重量％、余量为Mg)、 AM50B名义成分为A1-5、 Mn-0. 4
(即Al 5重量％、 Mn 0. 4重量％、余量为Mg)、 AM60B名义成分为 A1-6、 Mn-0.4 (即A1 6重量％、 Mn 0. 4重量％、余量为Mg)。
制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，该方法包括下述过程
第一步，将碳化硅预热到100。C 70(TC;
第二步，将传统的AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金熔化，并将熔 液温度控制在650°C 800°C，按照所要得到的镁合金中Si 0. 1 2. 0 重量％的含量、C 0.04 0.86重量％的含量，计算碳化硅的加入量， 将预热后的碳化硅加入AZ91D、 AM50B或AM60B熔液中，用搅拌棒或 者扒渣勺对熔液搅拌1 30分钟，所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的 时间越长，待碳化硅完全熔化后，生成含Si和C的镁合金熔液，将熔液温度控制在660°C 780°C，再压铸成镁合金零部件。
在所述的第二步过程中，所述的AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金 熔化是在与压铸机配套的镁合金熔化炉中进行的。
在制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法中，需要连续生产，就 要不断地向含Si和C的镁合金熔液中补充AZ91D、 AM50B或AM60B镁 合金，和预热后的碳化硅。在连续生产含Si和C的抗蠕变镁合金及 其压铸件过程中，根据重熔AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金铸锭重量 规格、以及AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金中所需要添加的碳化硅重 量，用定量容器将预热后的碳化硅分成若干等份，其中，每份碳化硅 的重量为每块重熔铸锭中需加入的碳化硅的重量，并且每加入1块重 熔铸锭就同时用定量容器加入1份预热后的碳化硅， 一起加入含Si 和C的镁合金熔液中，如此反复，直至压铸生产结束。
本发明低成本抗蠕变镁合金制备方法是以传统的镁合金如 AZ91D、 AM50B、 AM60B为基本合金，采取在压铸生产时，向AZ91D或 AM50B或AM60B熔液中添加适量的碳化硅颗粒，其中碳化硅耐火材料 或者磨料用的碳化硅颗粒。所述的碳化硅颗粒尺寸为0.2mm 20mm。
本发明的优点是采用本发明方法制备的含Si和C的抗蠕变镁 合金，其成本比AZ91D、 AM50B、 AM60B等只有少量增加，大约增加 0.2% 5%;压铸工艺性能基本与原镁合金相当，满足压铸工艺要求； 在15(TC 175。C的抗蠕变性能大幅度提高，比如对于AZ91D+1.0。/。Si + 0.430/oC (即Si 1.0重量％、 CO. 43重量％、余量为AZ91D)含Si和 C的镁合金，在150°C、 100小时持久载荷作用下产生0. 1%蠕变变形 时的抗蠕变强度，由AZ91D的12 17 MPa，提高到35 50 MPa，可 以满足该镁合金在齿轮室盖、油底壳等重要部件上的应用。
具体实施例方式
实施例1:压铸生产用AZ91D+0. l%Si+0. 04%C (即Si 0. 1重量 °/。、 C 0.04重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1) 、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸 为0. 2mm 2隱，将碳化硅颗粒预热到120°C 260°C;
(2) 、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在66(rC 70(TC，向熔液中加 入210克在160 26(TC预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为0.2mm 2rnm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌1 5分钟，所用的碳化硅颗粒 尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔液 进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料 调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D + 0. P/。Si + 0.04。/。C镁合金熔 液，将熔液温度控制在67(rC 71(TC，可以进行压铸生产；
(3) 、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160 260 。C预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7. 5kg规格的AZ91D重熔铸锭， 就同时用定量容器加入11克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至 压铸生产结束。
该AZ91D+0. l%Si +0. 04%C镁合金成本比AZ91D大约增加0. 2%， 压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在120。C、 100 小时持久载荷作用下产生0. 1%蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D 的14 17 MPa，提高到27 32 MPa，可以满足该镁合金在1. 0升以 下的小排量发动机油底壳上的应用。
实施例2:压铸生产用AZ91D+2. 0%Si+0. 86%C (即Si 2. 0重量 %、 C 0.86重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1) 、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸 为2mm 20隱，将碳化硅颗粒预热到300。C 680。C;
(2) 、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在75(rC 79(TC，向熔液中加
入4.3公斤在160 260。C预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为2mm 20mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌10 30分钟，所用的碳化硅 颗粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的 熔液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可 加料调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D+2.0y。Si+0.86。/。C镁合 金熔液，将熔液温度控制在72(TC 77(TC,可以进行压铸生产；
(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160 260 。C预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7. 5kg规格的AZ91D重熔铸锭， 就同时用定量容器加入214克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至 压铸生产结束。
该AZ91D + 2. 0%Si+0. 86%C镁合金成本比AZ91D大约增加5%， 压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在20(TC、 100 小时持久载荷作用下产生0. 1%蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D 的5 7MPa，提高到25 30MPa，可以满足该镁合金在1. 0 1. 6升 排量发动机缸体的应用。
实施例3:压铸生产用AZ91D+1. 0%Si + 0, 43%C (即Si 1. 0重量 %、 C 0. 43重量％、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1) 、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸 为lmm 10mm，将碳化硅颗粒预热到150°C 460°C;
(2) 、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化，并将熔液温度控制在690。C 73(TC，向熔液中加 入2. 15公斤在160 26(TC预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为lmm 10mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5 20分钟，所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔 液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加 料调整，直至合格，生成的熔液就是AZ91D+1.0y。Si+0.43y。C镁合金
熔液，将熔液温度控制在68(TC 73(TC，可以进行压铸生产；
(3)、随着压铸生产的进行，需要不断补充AZ91D和在160 260 。C预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7. 5kg规格的AZ91D重熔铸锭， 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至 压铸生产结束。
该AZ91D+1. 0%Si +0. 43%C镁合金成本比AZ91D大约增加2. 5%， 压铸工艺性能基本与AZ91D相当，满足压铸工艺要求；在15(TC、 100 小时持久载荷作用下产生0. 1%蠕变变形时的抗蠕变强度，由AZ91D 的9 llMPa，提高到32 35 MPa，可以满足该镁合金在轿车自动变 速箱的应用。
实施例4:压铸生产用AM60B + 1. 0%Si+0. 43%C (即Si 1. 0重量 %、 C 0.43重量％、余量为AM60B)镁合金熔炼方法
(1) 、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸 为lmm 10mm，将碳化硅颗粒预热到150°C 460°C;
(2) 、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的 AM60B镁合金熔化，并将熔液温度控制在710。C 750。C，向熔液中加 入2. 15公斤在160 26(TC预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为lmm 10mm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5 20分钟，所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔 液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加 料调整，直至合格，生成的熔液就是AM60B+1.0。/。Si+0.43y。C镁合金 熔液，将熔液温度控制在68(TC 73(TC，可以进行压铸生产；
(3) 、随着压铸生产的进行，需要不断补充AM60B和在160 260 。C预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7. 5kg规格的AM60B重熔铸锭， 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至 压铸生产结束。
该AM60B + 1. 0%Si+0. 43%C镁合金成本比AM60B大约增加2. 5%， 压铸工艺性能基本与AM60B相当，满足压铸工艺要求；在175。C、 100 小时持久载荷作用下产生0. 1%蠕变变形时的抗蠕变强度，由AM60B 的7 9 MPa，提高到32 35 MPa，可以满足该镁合金在摩托车曲轴 箱的应用。
实施例5:压铸生产用AM50B + 1. 0%Si+0. 43%C (即Si 1, 0重量 %、 C 0.43重量％、余量为認50B)镁合金熔炼方法
(1) 、采用预热炉预热碳化硅，碳化硅为碳化硅颗粒，颗粒尺寸 为lmm 10mm，将碳化硅颗粒预热到150。C 460。C;
(2) 、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉，将150公斤传统的 AM50B镁合金熔化，并将熔液温度控制在720。C 76(TC，向熔液中加 入2. 15公斤在160 26(TC预热后的碳化硅颗粒，颗粒尺寸为lmm lOmm，用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5 20分钟，所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长，待碳化硅颗粒完全熔化后，对生成的熔 液进行浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加 料调整，直至合格，生成的熔液就是AM50B+1.0。/oSi+0.镁合金 熔液，将熔液温度控制在68(TC 73(TC，可以进行压铸生产；
(3) 、随着压铸生产的进行，需要不断补充AM50B和在160 260 。C预热后的碳化硅颗粒，每加入1块7. 5kg规格的AM50B重熔铸锭， 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒，如此反复，直至 压铸生产结束。
该AM50B + 2.0。/。富铈混合稀土镁合金成本比AM50B大约增加 2.5%，压铸工艺性能基本与AM50B相当，满足压铸工艺要求；在175 °C、 100小时持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度，由 AM50B的6. 5 8. 5 MPa，提高到31 34 MPa,可以满足该镁合金在 较小排量摩托车曲轴箱的应用。
权利要求
1、一种含Si和C的抗蠕变镁合金，其特征在于该镁合金是在AZ91D、AM50B或AM60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁合金中Si含量为0.1～2.0重量％、C含量为0.04～0.86重量％。
2、 制备权利要求1所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其特征在于该方法包括下述过程第一步，将碳化硅预热到100°C 700°C;第二步，将传统的AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金熔化，按照所 要得到的镁合金中Si 0. 1 2. 0重量％的含量、C 0. 04 0. 86重量％ 的含量，计算碳化硅的加入量，将预热后的碳化硅加入AZ91D、 AM50B 或AM60B熔液中，生成含Si和C的镁合金熔液，再压铸成镁合金零 部件。
3、 根据权利要求2所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其 特征在于在所述的第二步过程中，所述的AZ91D、 AM50B或AM60B 镁合金熔化是在与压铸机配套的镁合金熔化炉中进行的。
4、 根据权利要求3所述的含Si和C的抗蠕变镁合金的方法，其 特征在于在连续生产含Si和C的抗蠕变镁合金及其压铸件过程中， 根据重熔AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金铸锭重量规格、以及AZ91D、 AM50B或AM60B镁合金中所需要添加的碳化硅重量，用定量容器将预 热后的碳化硅分成若干等份，其中，每份碳化硅的重量为每块重熔铸 锭中需加入的碳化硅的重量，并且每加入1块重熔铸锭就同时用定量 容器加入1份预热后的碳化硅， 一起加入含Si和C的镁合金熔液中， 如此反复，直至压铸生产结束。
5、 一种用于制备权利要求1所述的含Si和C的抗蠕变镁合金所使用的碳化硅，其特征在于该碳化硅是耐火材料或者磨料用的碳化 硅颗粒。
6、根据权利要求5所述的碳化硅颗粒，其特征在于所述的碳化硅颗粒尺寸为0. 2mm 20mm。
全文摘要
一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合金及其制备方法，是在AZ91D、AM50B或AM60B熔液中添加碳化硅，即SiC，经压铸而成，其中，所得到的镁合金中Si含量为0.1～2.0重量％、C含量为0.04～0.86重量％，所述的碳化硅是耐火材料或者磨料用的碳化硅颗粒。该方法包括第一步，将碳化硅预热到100℃～700℃；第二步，将传统的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金熔化，按照所要得到的镁合金中Si、C％的含量，计算碳化硅的加入量，将预热后的碳化硅加入AZ91D、AM50B或AM60B熔液中，生成含Si和C的镁合金熔液，再压铸成镁合金零部件。该镁合金在120℃～200℃的抗蠕变性能大幅度提高，可以满足该镁合金在油底壳、发动机缸体、自动变速箱、曲轴箱等重要部件上的应用。
文档编号C22C23/00GK101195886SQ20071017987
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者薇 宋, 左宏卿, 奎 张, 李兴刚, 李永军, 森 林, 熊柏青, 米绪军, 邹京滨 申请人:北京有色金属研究总院