专利名称：高性能铸造镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种高性能铸造镁合金及其制备方 法。
背景技术：
镁合金具有低密度、高比强度和较低的刚性等优点。随着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、通讯电子工业和航空航天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%，显示出了极大的应用前景。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 的促进，汽车设计专家们想方设法减轻汽车重量，以达到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，因此镁成为汽 车“轻量化”最具吸引力的结构材料之一。由于强度低，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
ο在高强度镁合金的研究中，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, &及稀土 元素等。当然，目前存在一些高性能的镁合金，大都以重稀土或稀有金属为主要添加元素， 价格昂贵，只能应用在军工或航空航天上。因此，当前高强度镁合金的开发应兼顾高性能和 降低成本两个方面的因素。在现有应用中，铸造镁合金的占有量达到90%，并且在工装和模具的设计上，可以 采用铝合金成熟的设计经验，甚至可以达到互换的程度。因此，开发低成本高强度铸造镁合 金，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明提供一种高性能铸造镁合金及其制备方法，其目的是制备出抗拉强度 彡320MPa、延伸率彡4%的高性能铸造镁合金。本发明是通过以下技术方案实施的
高性能铸造镁合金，其特征在于镁合金中的组分及质量百分比为Zn 8%，Al 6%，Cu 1% 5%，Ca 1% 5%，Mn 1. 5%, Si 1%，余量为 Mg。镁合金的抗拉强度彡320MPa。镁合金的延伸率彡4%。高性能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
(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质 量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 1% 5%、Ca 1% 5%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为Mg的比例配 料；(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后 加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，控制熔炼温度720°C 770°C，采用N2和SF6混合气体作 为保护气体，得到液态金属；
(3)浇铸将液态金属在710V 750°C浇注，得到铸件；
(4)热处理将步骤(3)所得产物在380°C 420°C条件下固溶；Γ6小时后，再在 170°C 190°C条件下时效1(Γ20小时，得到高性能铸造镁合金。金属Ca采用多孔钟罩压入。浇注时，在正常铸造工艺下，模型采用金属型或砂型。本发明方法制备的高性能铸造镁合金，抗拉强度> 320MPa、延伸率> 4%，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。
图1为线切割的拉伸样品尺寸；
图2为实施例1制备的Mg8Zn6A13Cu3Cal. 5MnlSi镁合金的应力-应变曲线。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。实施例1
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为Zn 8%、A1 6%、Cu 3%、Ca 3%、Mn 1.5%、 Si 1%、余量为Mg。制备方法如下。(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按 照质量百分比Zn 8%、A1 6%、Cu 3%、Ca 3%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔 化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度750°C， 采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N2 95%，SF6 5%，得到液态金属。(3)浇铸将液态金属在730°C浇注，在正常铸造工艺下，模型采用金属型。(4)热处理将步骤(3)所得产物在400°C条件下固溶4小时后，再在180°C温度条 件下时效15小时，得到高性能铸造镁合金。得到的镁合金(Mg8Zn6A13Cu3Cal. 5MnlSi)抗拉强度为380MPa，延伸率为4. 6%。镁合金(Mg8Zn6A13Cu3Cal. 5MnlSi)的应力-应变曲线图如图2所示。拉伸样品采用线切割取样，样品尺寸如图1所示，其中Ll=40， L2=20，L3=12， L4=3, Rl=4. 5，Φ 1=Φ2=3。实施例2
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为Zn 8%、A1 6%、Cu 3%、Ca 5%、Mn 1.5%、 Si 1%、余量为Mg。制备方法如下
(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质 量百分比Zn 8%、A1 6%、Cu 3%、Ca 5%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度770°C， 采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%, SF65% ；得到液态金属。(3)浇铸将液态金属在750°C浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。(4)热处理将步骤(3)所得产物在420°C条件下固溶3小时后，再在190°C温度条 件下时效14小时，得到高性能铸造镁合金。得到的镁合金(Mg8Zn6A13Cu5Cal. 5MnlSi)抗拉强度为370MPa，延伸率为4. 7%。实施例3:
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为Zn 8%、A1 6%、Cu 1%、Ca 5%、Mn 1.5%、 Si 1%、余量为Mg。制备方法如下
(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质 量百分比Zn 8%、A1 6%、Cu 1%、Ca 5%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为Mg的比例配料。(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔 化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度720°C， 采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%, SF65% ；得到液态金属。(3)浇铸将液态金属在710°C浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。(4)热处理将步骤(3)所得产物在380°C条件下固溶6小时后，再在170°C温度条 件下时效18小时，得到高性能铸造镁合金。得到的镁合金(Mg8Zn6AllCu5Cal. 5MnlSi)抗拉强度为390MPa，延伸率为5%。实施例4
高性能铸造镁合金，按质量百分比化学成分为Zn 8%、A1 6%、Cu 3%、Ca 1%、Mn 1.5%、 Si 1%、余量为Mg。制备方法如下
(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照上 述的化学成分配料，即按质量百分比Zn 8%、Al 6%、Cu 3%、Ca 1%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为 Mg的比例配料。(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔 化后加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，其中Ca采用多孔钟罩压入。控制熔炼温度750°C， 采用N2和SF6混合气体作为保护气体，按体积百分比计，N295%, SF65% ；得到液态金属。(3)浇铸将液态金属在730°C浇注，在正常铸造工艺下，模型采用砂型。(4)热处理将步骤(3)所得产物在400°C条件下固溶5小时后，再在180°C温度条 件下时效13小时，得到高性能铸造镁合金。制得的镁合金(Mg8Zn6A13CulCal. 5MnlSi)抗拉强度为330MPa，延伸率为6. 5%。
权利要求
高性能铸造镁合金，其特征在于镁合金中的组分及质量百分比为Zn 8%，Al 6%，Cu 1%~5%，Ca 1%~5%，Mn 1.5%，Si 1%，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述高性能铸造镁合金，其特征在于镁合金的抗拉强度>320MPa。
3.根据权利要求1所述高性能铸造镁合金，其特征在于镁合金的延伸率>4%。
4.如权利要求1所述高性能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(1)配料原料采用金属Mg、金属Zn、金属Al、金属Cu、金属Ca、金属Mn和Si，按照质 量百分比Zn 8%、A1 6%、Cu 1% 5%、Ca 1% 5%、Mn 1. 5%、Si 1%、余量为Mg的比例配 料；(2)熔炼采用铁坩埚，在普通电阻炉中熔炼，首先熔炼金属Mg，待金属Mg全部熔化后 加入金属Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，控制熔炼温度720°C 770°C，采用N2和SF6混合气体作 为保护气体，得到液态金属；(3)浇铸将液态金属在710V 750°C浇注，得到铸件；(4)热处理将步骤(3)所得产物在380°C 420°C条件下固溶；Γ6小时后，再在 170°C 190°C条件下时效1(Γ20小时，得到高性能铸造镁合金。
5.根据权利要求4所述高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于金属Ca采用多孔 钟罩压入。
6.根据权利要求4所述高性能铸造镁合金的制备方法，其特征在于浇注时，在正常铸 造工艺下，模型采用金属型或砂型。
全文摘要
高性能铸造镁合金及其制备方法，镁合金组分及质量百分比Zn8%，Al6%，Cu1%~5%，Ca1%~5%，Mn1.5%，Si1%，余量Mg。方法按上述百分比配料；用铁坩埚在电阻炉中熔炼Mg，再加入Zn、Al、Cu、Ca、Mn和Si，温度720℃~770℃，用N2和SF6混合作为保护气体，将得到的液态金属在710℃~750℃浇注；所得产物在380℃~420℃固溶3~6小时，再在170℃~190℃时效10~20小时。得到高性能铸造镁合金，抗拉强度≥320MPa、延伸率≥4%，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。
文档编号C22C23/04GK101985715SQ201010578170
公开日2011年3月16日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者任英磊, 尤俊华, 邱克强 申请人:沈阳工业大学