專利名稱：一種含Nb的耐熱鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金，特別涉及一種MgAlSi系適用于鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
背景技術：
隨著科技的發展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進一步研發燃料利用率更高的新產品。在汽車制造業中，鎂合金作為一種新型的輕質金屬材料，被汽車制造廠家用來替代傳統的鑄鐵，以實現減輕車身重量的目的。
目前，國產MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號有YM102、YM103、YM104、YM105、YM106 ;美國標準ASTM B的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號有AS21A、AS21B、AS41A、AS41B ;日本標準JIS H 的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號有MDC6、MDC3B ;歐洲標準EN的MgAlSi系壓鑄鎂合金牌號有 EN-MC21310、EN-MC21320。這些牌號的合金具有流動性、鑄造性能優良的特點，并且被廣泛用于壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造、精密鑄造、半固態鑄造、砂型鑄造等鑄造方式。由于含有較多合金元素Si，晶界處有部分Mg2Si相代替了 Mg17Al12相的位置，相對于AZ系和AM系鎂合金，其高溫性能有所提高，MgAlSi系壓鑄鎂合金適合于150°C以下的工作場合。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題由于上述 MgAlSi系鎂合金的合 金組織中β相仍然以Mg17Al12為主，Mg17Al12熔點較低，使得現有 MgAlSi系鎂合金無法適應150°C以上的高溫，因而無法應用在150°C以上的高溫環境中。發明內容
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明實施例提供了一種具有著良好壓鑄性的含Nb的耐熱鎂合金。所述技術方案如下
一種含Nb的耐熱鎂合金，所述鎂合金由Mg、Al、S1、Mn、稀土、Nb及M元素組成，其重量百分組成為 Al1. 6 % -9. 8 %, SiO. 5 % -2. 5 %, Mn O. 05 %-O. 7 %、稀土 O. 001% -10%,NbO. 0002% _4%、M元素 O. 001% -O. 3%，其余為 Mg ;其中，M元素為 Ti,Sr, C、B 中的至少一種。其中，所述稀土為 Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Pr、Yb、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優選，所述稀土為Gd 或 Gd 與 Y、Sc、Sm、Nd、Pr、Yb、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
優選，其重量百分組成為All. 8% -2. 5%, SiO. 7 % -1. 2%, MnO. 05% -O. 7%, GdO. 1% -4%, NbO. 05% _1%、M 元素 O. 001% -O. 3%，其余為 Mg。
優選，其重量百分組成為A13. 5 % -5 %, SiO. 5 % -1. 5 %、MnO. 18 % -O. 7 %、 GdO. 1% -2%, NbO. 05% _1%、M 元素 O. 001% -O. 3%，其余為 Mg。
更優選，其重量百分組成為A12. 2%, Sil%、MnO. 2%, GdO. 5%, NbO. 2%、M 元素 O. 2%，其余為Mg。
更優選，其重量百分組成為A14. 6%,SiO. 5%,MnO. 4%,GdO. 5%,NbO. 2%、M 元素O. 2%，其余為Mg。
其中，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是本發明提供的壓鑄鎂合金中， 由于RE能與Mg形成MgRE化合物，Nb能和其他元素(如Al)形成一些耐高溫的金屬化合物，這些金屬化合物分布在晶界上，替代了部分Mg17Al12P相，改變了 β相的結構；另外M 元素能夠細化晶粒，延緩晶粒的長大，提高合金的伸長率，伸長率是衡量金屬材料塑性的指標，是指金屬材料在外力作用下，產生永久變形而不致破裂的能力。在上述元素的聯合作用下，提高了壓鑄鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優良力學性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其是壓鑄的耐熱鎂合金。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供的鎂合金的制作工藝、熱處理方法說明如下
1、本發明實施例提供的鎂合金可通過以下三種熔煉工藝制作
工藝一按照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在電阻爐中加入鎂錠、鋁錠、AlSi中間合金、MgMn中間合金、AlNb中間合金或NbAl中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。給所用電阻爐升溫，當加入的上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720°C _780°C時加入MgRE中間合金(如MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE 中間合金，并攪拌，在720°C -780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量，如按照氣體含量檢查方法進行氣體含量檢查，如果質量較差，需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到700°C -740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發明合金的鑄 件。
本工藝中電阻爐也可以用其他熔爐代替；保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑和中間合金產品為市場銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
工藝二 按照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在真空爐中加入鋁錠、AlSi中間合金、AlMn中間合金或Mn劑、AlNb中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。 升溫至820°C，保溫2-8小時，然后降溫到720 V -780 V，加入鎂錠和RE。待所加入的金屬熔化后在720V _780°C保溫30分鐘，得合金液，采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護防止合金液氧化。用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量，如氣體含量的檢查，如果質量較差，需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到70(TC -740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發明合金的鑄件。
本工藝中真空爐可用工頻爐等其他熔爐替代；保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑、 RE,Mn劑和中間合金為市場上銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
工藝三照本發明實施例提供的鎂合金組成和含量計算并準備好所需量的原材料，在熔爐中加入標準牌號MgAlSi系壓鑄鎂合金、AlNb中間合金，另外，還加入AlTi中間合金、MgSr中間合金或AlSr中間合金、石墨粉、AlB中間合金中的至少一種。上述金屬快熔化時采用氣體保護或者鎂合金覆蓋劑保護。升溫到720°C _780°C時加入MgRE中間合金(如 MgGd、MgY、MgNd等)或AlRE中間合金，并攪拌，在720°C-780°C靜置保溫30分鐘，得合金液。 用所得合金液澆一小塊樣品，檢測其熔煉質量，如按照氣體含量檢查方法進行氣體含量檢查，如果質量較差，需進行精煉處理；如果質量合格，將所述合金液調溫到70(TC -740°C扒渣，然后進行澆注，即得到本發明合金的鑄件。
本工藝中保護氣體為氬氣；鎂合金覆蓋劑和中間合金為市場上銷售產品；精煉處理方法采用本行業的常規方法。
2、本發明實施例提供的鎂合金的熱處理及其處理方法
技術領域：
本發明實施例提供的鎂合金中的壓鑄件可不進行熱處理，其它形式的鑄造件可進行熱處理，一般采用T4固溶處理。本發明實施例采用的熱處理即T4固溶處理工藝為將鑄造件在箱式電阻爐中升溫至440°C，保溫10小時，鑄造件出爐后水淬，水溫40°C。
受熔煉過程選用原料的純度及熔煉、鑄造過程中其他一些不可避免的因素的影響，本發明實施例提供的鎂合金鑄件會含有不可避免的雜質，如Zn、Fe、Cu等，只要所述不可避免的雜質總量在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 5%，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比< O. 1%，就不會對鎂合金的性能造成明顯影響。
實施例1
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用金屬模鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 All. 6%,SiO. 5%,MnO. 05%,Y0. 001%,NbO. 0002%,TiO. 001%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例2
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用半固態鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 A19. 8%、Si2. 5%, MnO. 7%, Sml0%, Nb4%, SrO. 3%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例3
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，耐熱鎂合金的重量百分組成為 A14%,SiO. 6%, MnO. 06%, Nd9%, Nb3%, CO. 3%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例4
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用低壓鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 All. 8%, SiO. 7 %、MnO. 05 %、LaO.1 %、NbO. 05%,B0. 001%,其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例5
按上述工藝三所述步驟制備耐熱鎂合金，制備過程中所使用的所述標準牌號壓鑄鎂合金為YM103，鑄件采用精密鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為A12. 5 %、Si1. 2 %、 MnO. l%,Ce4%,Nbl%,C0. 1%，其余為 Mg。
鑄件進行熱處理。本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例6
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用砂型鑄造，所述鎂合金的重量百分組成為 A12. 2%,Sil%,MnO. 2%,GdO. 5%,NbO. 2%,TiO. 2%，其余為 Mg。鑄件進行熱處理。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例7
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A12. 2%、Sil%、MnO. 2%, GdO. 3%, TbO. 2%, NbO. 2%, TiO. 2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例8
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A12. 2%、Sil%、MnO. 2%, TbO. 5%, NbO. 2%, TiO. 2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例9
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A13. 5%, SiO. 5 %、MnO. 18 %、DyO.1 %、NbO. 05%,B0. 001%,其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金的性能參見表I。
實施例10
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A15%、Sil. 5%, MnO. 7%, Ho2%, Nbl%, SrO. 3%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例11
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A14%、Sil%、MnO. 5%、Erl%、NbO. 5%, CO. 01%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例12
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A14. 6%, SiO. 5%, MnO. 4%, GdO. 5%, NbO. 2%, TiO. 2%，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例13
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A14. 6 %、SiO. 5 %、MnO. 4%、GdO. 3 %、ScO. 2 %、NbO. 2 %、TiO. 2 %，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
實施例14
按上述工藝二所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金的重量百分組成為 A14. 6 %、SiO. 5 %、MnO. 4%、ScO. 5 %、NbO. 2 %、TiO. 2 %，其余為 Mg。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
對比實施例
按上述工藝一所述步驟制備耐熱鎂合金，鑄件采用高壓壓鑄，所述鎂合金重量百分組成為A14. 6%, SiO. 5%, MnO. 4%, GdO. 5%, TiO. 2%，其余為Mg和不可避免的雜質。
本實施例提供的鎂合金鑄件的性能參見表I。
以上各實施例提供的鎂合金鑄件均含有不可避免的雜質，所述不可避免的雜質總量在所述鎂合金成品中的重量百分比<0.5%，單一雜質在所述鎂合金成品中的重量百分比 < O. 1%。
與AS21A、AS41A 一樣,本發明提供的鎂合金適用于金屬模鑄造、高壓壓鑄、半固態鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、砂型鑄造等鑄造方式。
鑄件的力學性能測試在電子萬能試驗機上進行。本發明各實施例及對比實施例提供的鎂合金鑄件的力學性能參見表I。
表I各實施例提供的鎂合金鑄件的力學性能參數表
權利要求
1.一種含Nb的耐熱鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、S1、Mn、稀土、Nb及 M 元素組成，其重量百分組成為 All. 6% -9. 8%, SiO. 5% -2.5%, MnO. 05% -O. 7%、稀土O.001% -10%,NbO. 0002% _4%、M元素 O. 001% -O. 3%，其余為 Mg ;其中，M元素為 Ti,Sr, C、B中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Pr、Yb、Nd、 La、Ce、Tb、Dy、Ho及Er中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的鎂合金，其特征在于，所述稀土為Gd或Gd與Y、Sc、Sm、 Pr、Yb、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho 及 Er 中的至少一種。
4.根據權利要求1-3任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為 All. 8% -2. 5%, SiO. 7% -1. 2%, MnO. 05% -O. 7%, GdO. 1% -4%, NbO. 05% _1%、M 元素O.001% -O. 3%，其余為 Mg。
5.根據權利要求1-3任一項所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為 A13. 5% -5%, SiO. 5% -1. 5%, MnO. 18% -O. 7%, GdO.1 % -2%, NbO. 05% -1%, M 元素O.001% -0.3%，其余為 Mg。
6.根據權利要求4所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為A12.2%、Sil%, MnO. 2%,GdO. 5%,NbO. 2%、M 元素 0. 2%，其余為 Mg。
7.根據權利要求5所述的鎂合金，其特征在于，其重量百分組成為A14.6%、SiO. 5%, MnO. 4%, GdO. 5%, NbO. 2%、M 元素 O. 2%，其余為 Mg。
8.根據權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Nb通過AlNb中間合金或NbAl中間合金的形式加入所述鎂合金中。
全文摘要
本發明公開了一種含Nb的耐熱鎂合金，屬于鎂合金領域。所述鎂合金由Mg、Al、Si、Mn、稀土、Nb及M元素組成，其重量百分組成為Al1.6％-9.8％、Si0.5％-2.5％、Mn0.05％-0.7％、稀土0.001％-10％、Nb0.0002％-4％、M0.001％-0.3％，其余為Mg；其中，M元素為Ti、Sr、C、B中的至少一種。本發明通過在鎂合金中添加稀土及Nb元素，改變了β相的結構，從而提高了鎂合金的耐高溫性能，得到了一種具有優良力學性能，機械加工性、流動性及壓鑄性良好，適合鑄造尤其適合壓鑄的耐熱鎂合金。
文檔編號C22C23/02GK102994834SQ201110267000
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者馮俊 申請人:江漢大學