专利名称：加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中SrMgSn相的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中SrMgSn相的方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术：
镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、 阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越和易于回收利用等优点，被誉为21世纪“绿色结构材料”。但目前由于现有镁合金的高温抗蠕变性能差，长期工作温度不能超过120°C，使其无法用于制造对高温蠕变性能要求高的汽车传动部件，因此极大地阻碍了镁合金的进一步应用。也正是由于这样，国内外对于具有高温抗蠕变性能的汽车用耐热镁合金的研究开发给予了高度重视，并先后试制研究了 Mg-Al-Si、Mg-Al-RE, Mg-Al-Ca, Mg-Al-Ca-RE, Mg-Al-Sr、Mg-Al-Sn、Mg-Si-Al、Mg-Zn-RE、Mg-Zn-Si、Mg-Zn-Sn 和 Mg-Sn-Ca 等系列的耐热镁合金。在这些已得到试制研究的耐热镁合金中，Mg-Sn-Sr系镁合金由于具有高温性能较好、成本较低和抗腐蚀性能好等方面的优势，被认为是一种很有发展前途的新一代高温抗螺变续合金[Hongmei Liu, Yungui Chen, Haofeng Zhao, Shanghai Wei, Wei Gao, Effects of strontium on microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-5 wt. %Sn alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2010, 504 (2) :345-350]。与其他耐热镁合金相比，Mg-Sn-Sr系镁合金的耐热强化机理主要在于通过引入低成本合金元素Sn和Sr在晶界和晶内形成SrMgSn相来实现。由于SrMgSn相在300°C以下相当稳定，从而使得Mg-Sn-Sr 系镁合金具有较高的高温抗蠕变性能。也正是看到Mg-Sn-Sr系镁合金所具有的优点，所以在最近几年人们对Mg-Sn-Sr系耐热镁合金的研究和开发给予了广泛的关注和高度的重视，并对此开展了积极的研究。如李世成等通过调查发现Mg-5Sn-2Sr和Mg-5Sn-3Sr三元镁合金在175°C和35MPa条件下的稳态蠕变速率分别为3. 93 X ΙΟ、—1和3. 67 X ΙΟ 显示出了较高的高温抗蠕变性能[李世成，陈云贵，肖素芬，唐永柏，王卿，赵源华和丁武城，铸态1%-5511-(0 3)51~合金的组织和性能，特种铸造及有色合金，2011，31 (4) :369-372]。目前，尽管国内外对于Mg-Sn-Sr系镁合金已开展了一定的研究，但其推广应用仍因合金的综合力学性能较差等原因而受到一定程度的限制。正如上面所述，Mg-Sn-Sr系镁合金的耐热强化机理主要在于通过引入低成本合金元素Sn和Sr在晶界和晶内形成SrMgSn相来实现， 但由于形成的SrMgSn相比较粗大，而粗大的SrMgSn相会成为裂纹源而导致合金的抗蠕变性能下降。因此，细化SrMgSn相被认为是改善Mg-Sn-Sr系镁合金抗蠕变性能的关键因素之一。众所周知，合金化和/或微合金化是细化和/或变质工程合金中第二相的有效方法之一。但截止目前，关于合金化和/或微合金化细化Mg-Sn-Sr系镁合金中粗大SrMgSn相的调查还未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有Mg-Sn-Sr系镁合金因存在粗大SrMgSn相而影响合金金化和微合金化的方法，包括其细化工艺，以达到细化Mg-Sn-Sr 系镁合金中粗大SrMgSn相这一目的，从而改善Mg-Sn-Sr系镁合金的力学性能，加快该系镁合金的工业化应用进程。为了实现上述目的，本发明提出一种加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中粗大SrMgSn 相的方法及细化工艺，在Mg-Sn-Sr系镁合金中通过添加Mg-19wt%Ca中间合金的方法，来细化Mg-Sn-Sr系镁合金中的粗大SrMgSn相，同时Ca的加入除有上述细化作用外还兼有强化合金的作用。本发明的细化工艺如下在熔剂或气体保护下，将Mg-Sn-Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720-740°C，加入Mg-19wt.%Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. 1-0. 25wt. %，加入方法在100-1500CMg_19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约2-6分钟，搅拌后升温到730-750°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10-15分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。采用本方法细化SrMgSn相的机理在于Ca元素具有较Sn元素更大的原子半径 (Ca: 0. 197nm; Sn: 0. 141nm)。当添加Ca到Mg-Sn-Sr镁合金中后，由于Ca元素在镁基体中的固溶度较低，在凝固过程中会在固-液界面富集，从而阻碍Sn原子扩散，并最终导致 SrMgSn相细化。此外，添加少量Ca在Mg-Sn-Sr镁合金中会形成CaMgSn相，由于CaMgSn相和 SrMgSn相的晶体结构均为Orthorhombic/Pnma结构，且两者的晶格常数相近(CaMgSn相的晶格常数a=7. 86，b=4. 66 和 c=8. 74 ；SrMgSn 相的晶格常数a=8. 18，b=4. 92 和 c=8. 75)， 使得CaMgSn相与SrMgSn相间的晶格错配度小于6%，因此CaMgSn相会在Mg-Sn-Sr镁合金凝固过程中成为SrMgSn相的异质形核核心，从而使SrMgSn相得到进一步细化。
图IA和图IB是Mg-3Sn-2Sr镁合金未加Ca和加Ca细化后的金相组织对比图 图2A和图2B是Mg-5Sn-3Sr镁合金未加Ca和加Ca细化后的金相组织对比图
图3A和图;3B是Mg-5Sn-l. 5Sr镁合金未加Ca和加Ca细化后的金相组织对比图 图4A和图4B是Mg-4Sn-2Sr镁合金未加Ca和加Ca细化后的金相组织对比图。
具体实施例方式以下通过具体的四个实施例对本发明的技术方案和效果作进一步阐述。实施例1 在熔剂或气体保护下，将Mg-3Sn-2Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720°C，加入Mg-19wt. %Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. 20wt. %， 加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约2分钟，搅拌后升温到730°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置12分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。实施例2 在熔剂或气体保护下，将Mg-5Sn-3Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到730°C，加入Mg-19wt. %Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. 25wt. %， 加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约3分钟，搅拌后升温到740°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。实施例3 在熔剂或气体保护下，将Mg-5Sn-1.5Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到740°C，加入Mg-19wt.%Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为 0. 16wt. %，加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约6分钟，搅拌后升温到750°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10 分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置15分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。实施例4 在熔剂或气体保护下，将Mg-4Sn-2Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到740°C，加入Mg-19wt. %Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. IOwt. %， 加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约3分钟，搅拌后升温到740°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。将以上四个实施例和未加Ca的Mg-Sn-Sr镁合金的成分和组织分析及性能测试结果如表1所示。从表1中的对比分析结果可看到，Mg-Sn-Sr系镁合金中加入一定量Ca后， 合金组织中SrMgSn相的平均尺寸明显减小。同时，合金抗拉性能和蠕变性能得到提高。
权利要求
1.一种加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中SrMgSn相的方法，其特征在于所述方法是通过在Mg-Sn-Sr系镁合金中加入Mg-Ca中间合金来实现，Ca的加入量占炉料总重量的百分比为0. 1-0. 25wt. % ；所述方法是在熔剂或气体保护下，将Mg-Sn-Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720-740°C，加入Mg-19wt.%Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. 1-0. 25wt. %，加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约2-6分钟，搅拌后升温到730-750°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10-15分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。
2.根据权利要求1所述的加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中SrMgSn相的方法，其特征在于所述方法是在熔剂或气体保护下，将Mg-Sn-Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到 740°C，加入Mg-19wt. %Ca中间合金，Ca加入量占炉料总重量的百分比为0. 1-0. 25wt. %，加入方法在100-150°C将Mg-19wt. %Ca中间合金烘烤15-30分钟，然后用压瓢迅速压入合金液面以下约3分钟，搅拌后升温到740°C，然后用C2Cl6精炼剂精炼处理5-10分钟，精炼完毕后搅拌合金熔体并在740°C静置10分钟，静置完毕后捞去表面浮渣，然后进行铸造。
全文摘要
一种加Ca细化Mg-Sn-Sr系镁合金中SrMgSn相的方法，通过在Mg-Sn-Sr系镁合金中加入Mg-Ca中间合金来实现，具体是在熔剂或气体保护下，将Mg-Sn-Sr镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720-740℃，加入Mg-19wt.%Ca中间合金；Ca加入量占炉料总重量的0.1-0.25wt.%。本方法能有效细化Mg-Sn-Sr系镁合金中的粗大SrMgSn相，改善Mg-Sn-Sr系镁合金的性能，从而加快该系镁合金的工业化应用进程。
文档编号C22C23/00GK102392151SQ20111037605
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者周涛, 李晖, 李洪亮, 杨明波, 潘复生, 秦财源, 胡红军, 郭廷长 申请人:重庆理工大学