高塑性壓鑄鎂合金及其成形方法與流程

本發(fā)明涉及一種高塑性壓鑄鎂合金及其成形方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂合金具有密度低、比強度、比剛度高，電磁屏蔽性能強，減震性能好資源豐富，切削加工型優(yōu)良等一系列優(yōu)點，是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。近年來，環(huán)境污染問題日益突出，汽車實現(xiàn)節(jié)能減排，汽車材料的輕量化首當(dāng)其沖。

壓力鑄造是一種高效率的少、無切削加工方法，它是各種鑄造方法中生產(chǎn)鑄件精度最高的方法之一，材料的利用率高達(dá)90％以上，而且可以獲得形狀復(fù)雜、尺寸精確、粗糙度低的薄壁零件。

普通商業(yè)壓鑄鎂合金延伸率都比較低，比如典型的AZ91D、AM60B、AS41A和AE42延伸率分別為3％，6％，4％和10％左右。實際應(yīng)用中，鎂合金結(jié)構(gòu)件經(jīng)常遭受剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力而斷裂，因此，提高壓鑄鎂合金塑形勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高塑性壓鑄鎂合金及其成形方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種高塑性壓鑄鎂合金，包括以下質(zhì)量百分含量的各組分：RE4～8％，Al2～8％，Mn0.3～1.0％，Zn0.5～1.0％，Ca0.1～1.0％，余量為Mg和不可避免雜質(zhì)。

優(yōu)選地，所述鎂合金包括以下質(zhì)量百分含量的各組分：RE4～8％，Al2～6％，Mn0.4～0.5％，Zn0.5～0.6％，Ca0.2～0.5％，余量為Mg和不可避免雜質(zhì)。若Mn含量過高，會形成Al-Mn相，合金力學(xué)性能下降；含量過低會可能導(dǎo)致合金抗腐蝕能力降低。若Zn含量過高會導(dǎo)致合金熱烈問題突出，成型困難；含量過低會導(dǎo)致固溶強化效果差，合金屈服強度降低。

本發(fā)明的鎂合金中，加入了Ca，其作用是提高高溫力學(xué)性能，同時有助于細(xì)化晶粒；若加入的Ca含量過高，會導(dǎo)致形成較多的塊狀Mg2Ca，Al2Ca等；含量過低，會導(dǎo)致改善合金性能的作用較弱。

優(yōu)選地，所述RE為Ce、La中的至少一種。選擇Ce和/或La加入鎂合金中，可形成RE相，改善合金的微觀組織，提高合金塑性和屈服強度。

本發(fā)明還提供了一種高塑性壓鑄鎂合金的成形方法，包括以下步驟：

按比例稱取原料，預(yù)熱原料和坩堝；

將鎂錠放入坩堝中，升溫至700℃，待鎂錠全部融化后加入Zn和Al錠，保溫15分鐘；

升溫至730℃，攪拌后將Mg-RE和Mg-Mn中間合金放入坩堝，保溫15分鐘；

密封坩堝后在750℃保溫，待合金元素全部熔化后開爐進(jìn)行精煉；

精煉完后冷卻至730℃保溫15分鐘，扒渣；

將扒渣后的金屬液澆鑄至金屬模具中，進(jìn)行壓鑄，即得。

優(yōu)選地，所述精煉時間為10分鐘，精煉過程中保持均勻攪拌。

優(yōu)選地，所述金屬液澆鑄時的溫度為700℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明制備的高塑性鎂合金延伸率≥15％，同時屈服強度保持在150MPa左右，相比普通的壓鑄鎂合金AZ91，AM60等，延伸率大大提高，同時鑄造性能優(yōu)異，成本低廉，工藝簡單，具有很好的實際應(yīng)用價值。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為實施例1壓鑄合金的金相照片；

圖2為實施例1壓鑄合金的典型拉伸曲線；

圖3為實施例2壓鑄合金的金相照片；

圖4為實施例2壓鑄合金的典型拉伸曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本實施例提供了一種高塑性壓鑄鎂合金，包括以下重量百分比的各組分：La6％，Al5％，Mn0.4％，Zn0.6％，Ca0.2％，余量為Mg和不可避免雜質(zhì)；其制備方法如下：

同時預(yù)熱原材料(230℃)與坩堝(400℃)，然后將其放入井式電阻坩堝爐中融化。

升溫至700℃，待鎂錠全部融化后加入Zn和Al錠，保溫15分鐘。

升溫至730℃，攪拌后將事先預(yù)熱好的Mg-La，Mg-Mn和Mg-Ca中間合金放入坩堝，保溫15分鐘。

密封坩堝后在750℃保溫，待合金元素全部熔化后開爐進(jìn)行精煉10分鐘左右，過程中應(yīng)保持均勻攪拌且金屬液面不動防止氧化，攪拌均勻后斷電待金屬冷卻至730℃。保溫15分鐘，扒渣。

調(diào)整澆注溫度到700℃，將金屬液澆鑄至事先預(yù)熱的金屬模具中，開始壓鑄過程，表1是壓鑄參數(shù)表。

表1壓鑄參數(shù)表

本實施例制備的鎂合金的金相照片如圖1所示，拉伸曲線如圖2所示。從圖中可看出，晶粒為等軸枝晶，尺寸細(xì)小均勻，小于20μm，拉伸性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有的商業(yè)壓鑄合金AZ91，AM60等。

本實施例制備的鎂合金延伸率為15.1％，屈服強度為153MPa。相比傳統(tǒng)的商業(yè)壓鑄鎂合金AZ91D在保持屈服不降低的前提下，延伸率大大提高。

實施例2

本實施例高塑性壓鑄鎂合金重量百分比為：La、Ce混合稀土8％，Al 6％，Mn 0.5％，Zn 0.5％，Ca 0.5％，余量為Mg和不可避免雜質(zhì)；其制備方法如下：

同時預(yù)熱原材料(230℃)與坩堝(400℃)，然后將其放入井式電阻坩堝爐中融化。

升溫至700℃，待鎂錠全部融化后加入Zn和Al錠，保溫15分鐘。

升溫至730℃，攪拌后將事先預(yù)熱好的Mg-Ce、Mg-La和Mg-Mn中間合金放入坩堝，保溫15分鐘。

密封坩堝后在750℃保溫，待合金元素全部熔化后開爐進(jìn)行精煉10分鐘左右，過程中應(yīng)保持均勻攪拌且金屬液面不動防止氧化，攪拌均勻后斷電待金屬冷卻至730℃。保溫15分鐘，扒渣。

調(diào)整澆注溫度到700℃，將金屬液澆鑄至事先預(yù)熱的金屬模具中，開始壓鑄過程，表2是壓鑄參數(shù)表。

表2壓鑄參數(shù)表

本實施例制備的鎂合金的金相照片如圖3所示，拉伸曲線如圖4所示。從圖中可看出，晶粒為等軸枝晶，尺寸細(xì)小均勻，小于20μm，拉伸性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有的商業(yè)壓鑄合金AZ91，AM60等。

本實施例制備的鎂合金延伸率為15.1％，屈服強度為151MPa。相比傳統(tǒng)的商業(yè)壓鑄鎂合金AZ91D在保持屈服不降低的前提下，延伸率大大提高。

對比例1

本對比例為現(xiàn)有技術(shù)CN103451459A。

第一步，原料配置

按照所制得的鎂合金的組成元素的質(zhì)量百分比是，Al：5％、Mn：0.4％、Si：0.5％、Ce：2％、La：2％、雜質(zhì)元素Zn≤0.22、雜質(zhì)元素Cu≤0.01、雜質(zhì)元素Fe≤0.005、雜質(zhì)元素Ni≤0.002和Mg為余量，以上各組分元素的質(zhì)量百分比的總和為100％，稱取商用AM50鎂錠10kg、粒徑<1mm的純SiO₂顆粒0.16kg和商購的鎂-鈰鑭中間合金1kg，所用商用AM50鎂錠的組成元素分的質(zhì)量百分比是，Al：5％、Mn：0.4％、Zn≤0.22、Cu≤0.01、Fe≤0.005、Si≤0.10、Ni≤0.002和Mg為余量，以上各組分元素的質(zhì)量百分比的總和為100％，所用商購鎂-鈰鑭中間合金的組成元素的質(zhì)量百分比是，Mg：60％、Ce：20％和La：20％；

第二步，商用AM50鎂錠和純SiO₂原料的預(yù)處理

將第一步稱取的純SiO₂在300℃的溫度下烘干，烘干時間為40分鐘，在第一步稱取的一塊商用AM50鎂錠上鉆孔，孔徑的大小以能填入全部稱取的SiO₂為準(zhǔn)，將烘干好的純SiO₂置于鉆好的孔中，并用另外的鎂塊將孔封??；

第三步，鎂合金溶液的制備和精煉

將第二步處理過的商用AM50鎂錠和純SiO₂原料放置于熔化坩堝內(nèi)進(jìn)行加熱至

所加入全部原料熔化，然后加入第一步中稱取的商購的鎂-鈰鑭中間合金，待加入的商購的鎂-鈰鑭中間合金全部融化后攪拌10分鐘，熔化過程采用SF₆:CO₂的體積比為1:100的SF₆-CO₂保護氣體保護，制得鎂合金溶液，再將該鎂合金溶液溫度升至730℃，加入精煉劑RJ-2熔劑并充分?jǐn)嚢?，攪拌時間為15分鐘，然后降溫至680℃，保溫3小時，完成對該鎂合金溶液的精煉,所述RJ-2熔劑中含質(zhì)量百分比為MgCl₂40％、KCl35％、BaCl₂7％、CaF₂4％、雜質(zhì)元素NaCl+CaCl₂≤8％、MgO≤1.5％、不溶物≤1.5％和H₂O≤3％；

第四步，澆注制成鎂合金坯

將第三步制得的鎂合金溶液撇去浮渣后，在SF₆：CO₂的體積比為1:100的SF₆-CO₂保護氣體下進(jìn)行澆注，制成鎂合金坯。

一方面，本對比例適用于重力澆鑄，制備的鎂合金屈服強度只有119MPa，與實例一的屈服強度153MPa和實例二的屈服強度151MPa對比都較低。該對比例是在Mg-Al-Si合金系基礎(chǔ)上加入鈰鑭優(yōu)化，而Mg-Al-Si合金本身因為粗大的初生硅和網(wǎng)狀的Mg₁₇Al₁₂第二相，伸長率一般低于5％，加入鈰鑭元素改變第二相形貌和分布，據(jù)理論推測，其伸長率應(yīng)低于10％，測定結(jié)果顯示本對比制備的鎂合金的伸長率為8.6％，依然遠(yuǎn)低于實例1與實例2的15％。

另一方面，現(xiàn)有技術(shù)CN103451459A涉及的制備方法需要對商用AM50鎂錠和純SiO2原料的預(yù)處理，制備過程較為復(fù)雜，而且需要加入SiO2顆粒，本發(fā)明的鎂合金制備流程簡單，直接按順序加入中間合金即可，另外本發(fā)明精煉劑為普通鎂合金精練劑，無特別要求。

因此，本發(fā)明合金具有更高的延伸率，更高的屈服強度，這是現(xiàn)有技術(shù)CN103451459A不能達(dá)到的。

對比例2

本對比例提供了一種高塑性壓鑄鎂合金，所述鎂合金的元素組成與實施例1基本相同，不同之處僅在于：本對比例的鎂合金組分中，Ca元素含量為0％。

本對比例的鎂合金制備方法與實施例1相同。

采用本對比例方法制備的鎂合金延伸率為13.5％，屈服強度為124MPa。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。