專利名稱：一種含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型含錫(Sn)與鋅(Zn)的高強(qiáng)韌性鎂合金及其制備方法，屬于 金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金作為一種新型金屬材料，以其密度小、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點，在航空航 天、汽車以及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。目前，鎂及鎂合金的需求量每年以20%的速 率增長，被譽(yù)為是“二十一世紀(jì)的綠色工程材料”。目前，商用鎂合金基本上可以分為鑄造鎂合金與變形鎂合金兩大類。在鑄造鎂合 金中，AZ系列應(yīng)用最廣泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。但是AZ91系列合金普遍存 在塑性較差的問題，而AM60/50合金則存在強(qiáng)度不高的缺陷。為了適應(yīng)市場需求，進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍，在低成本前提下，同時提高合 金強(qiáng)度與韌性是關(guān)鍵所在。盡管許多科研工作對現(xiàn)有的鎂合金進(jìn)行了晶粒細(xì)化、微合金化 等研究，但是應(yīng)用性不理想。因此設(shè)計開發(fā)一種低成本、高強(qiáng)高韌鎂合金是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金及其制備方法，通 過合理選擇合金化元素，解決現(xiàn)有技術(shù)中AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問題，以及 AM60/50合金存在強(qiáng)度不高的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金，其組分及重量百分比為Sn :l-5%,Zn ，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明確定合金成分的設(shè)計思想是(1)采用Sn作為第一組分，Sn在共晶溫度561°C時的固溶度為14. 85%，而在 200°C時固溶度為0. 45%，因此Sn在鎂中具有良好的固溶強(qiáng)化效果；同時含Sn鎂合金中形 成的Mg2Sn熔點高(770°C )，分布彌散，具有強(qiáng)化作用，因此合金中加入Sn，最優(yōu)重量 百分比為5%。(2)本發(fā)明合金中加入4-6% Zn，Zn具有固溶強(qiáng)化與時效硬化雙重作用，同時合金 中加入Zn可以提高合金塑性。(3)本發(fā)明形成的合金晶粒較小，合金強(qiáng)度與塑性較高。本發(fā)明優(yōu)選配方(重量百分比)為5% Sn，5% Zn，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明制備工藝如下熔煉過程在氣體保護(hù)下進(jìn)行，將工業(yè)純美熔化后，分別加入 純Sn、純Zn，等合金元素完全溶解后，采用鎂合金熔煉常用的精煉劑(如RJ-2熔劑，加入量 占熔體重量的)精煉，保溫除渣后進(jìn)行鑄造，具體步驟如下1)先將純Mg、純 Zn在 150-200°C預(yù)熱 20-30 分鐘，將純 Sn 在 100_150°C預(yù)熱 20-30
3分鐘，并烘干，同時將精煉劑以及模具在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護(hù)下熔化，熔化后待熔體溫度為700_720°C 時，向熔體中加入預(yù)熱純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至 730-750°C加入精煉劑進(jìn)行精煉，在730-750°C保溫20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在C02與SF6混合氣體保護(hù)下進(jìn)行澆鑄成型。本發(fā)明的熱處理方式分為固溶(T4)處理或固溶+時效(T6)組合處理兩種(1)固溶(T4)處理固溶處理溫度為380_400°C，固溶處理時間為4_12小時，水淬至室溫；(2)固溶+時效(T6)組合處理先在380-400°C固溶處理4-12小時后，水淬至室溫；然后在175_225°C下時效 12-24小時，空冷至室溫。其中，固溶處理在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為C02與SF6混合氣體。由于固溶處理后，合金中合金元素固溶度增加，析出相減少，從而使得合金抗拉強(qiáng) 度與延伸率提高；經(jīng)過固溶時效后，由于時效強(qiáng)化效果，合金屈服強(qiáng)度明顯提高，延伸率有 所降低。所述C02與SF6混合氣體中，SF6體積分?jǐn)?shù)為0.5%。所述澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下1、與現(xiàn)有鎂合金相比，本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步，該發(fā)明熔煉工藝簡單， 生產(chǎn)效率高，合金成本低，合金組織均勻，具有高的抗拉強(qiáng)度與塑性。2、本發(fā)明合金在鑄態(tài)下，抗拉強(qiáng)度ob達(dá)到220_242MPa，屈服強(qiáng)度oa2達(dá)到 68-91MPa，延伸率5達(dá)到12-16%，具有高的抗拉強(qiáng)度與優(yōu)良的塑性。3、本發(fā)明合金在固溶+時效處理后，抗拉強(qiáng)度ob達(dá)到290MPa，屈服強(qiáng)度o 0. 2達(dá) 到226MPa，延伸率S達(dá)到11%。


圖1為本發(fā)明合金在鑄態(tài)下的合金組織圖(SEM)。圖2為本發(fā)明合金在固溶+時效處理后的合金組織圖(TEM)。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例1 合金成分(重量百分比)為Sn，5% Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純Zn在150-200°C預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100-150°C預(yù)熱 20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6 混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5% )保護(hù)下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C 時，向熔體中加入純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加 入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進(jìn)行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進(jìn) 行澆鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。
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本實施例合金的抗拉強(qiáng)度為228. 5MPa,屈服強(qiáng)度為68. 5MPa,延伸率為16. 4%。實施例2 合金成分(重量百分比)為3% Sn，5% Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純Zn在150-200°C預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100-150°C預(yù)熱 20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6 混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5% )保護(hù)下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C 時，向熔體中加入純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加 入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進(jìn)行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進(jìn) 行澆鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強(qiáng)度為227. 3MPa，屈服強(qiáng)度為82. OMPa，延伸率為14. 3%。實施例3 合金成分(重量百分比)為5% Sn，5% Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。首先，將純Mg、純Zn在150-200°C預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100-150°C預(yù)熱 20-30分鐘，并烘干，同時將精煉劑在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；然后，將純Mg在C02與SF6 混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5% )保護(hù)下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C 時，向熔體中加入純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至750°C加 入占熔體重量1 %的RJ-2熔劑進(jìn)行精煉，在750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣進(jìn) 行澆鑄，澆鑄用石墨模具在150°C預(yù)熱50分鐘。本實施例合金的抗拉強(qiáng)度為236. 5MPa,屈服強(qiáng)度為90. 5MPa,延伸率為12. 7%。如圖1所示，本發(fā)明合金在鑄態(tài)下的合金組織的特點是本發(fā)明合金凝固組織由基體a -Mg與在晶界處分布有層片狀(Mg+MgZn)共晶組織 以及離異共晶相Mg2Sn組成，離異共晶組織主要分布在晶界處。將本實施例合金進(jìn)行400°C固溶處理8小時，固溶處理在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，保護(hù)氣 氛為C02與SF6混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5% )，水淬至室溫后，抗拉強(qiáng)度為270. IMPa,屈 服強(qiáng)度為92. 6MPa，延伸率為20.0%。將本實施例合金進(jìn)行400°C固溶處理8小時，固溶處理在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，保護(hù)氣 氛為C02與SF6混合氣體(SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5% )，水淬至室溫后，再在175°C下時效24小 時，空冷至室溫。抗拉強(qiáng)度為290. IMPa，屈服強(qiáng)度為226. OMPa，延伸率為11. 0%。如圖2所示，本發(fā)明合金在固溶+時效處理后的合金組織的特點是時效后合金基 體以及晶界中析出大量析出相MgZn，明顯強(qiáng)化合金性能。
權(quán)利要求
一種含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金，其特征在于，其組分及重量百分比為1-5％Sn，4-6％Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金，其特征在于，其優(yōu)選重量百分 比為5% Sn,5% Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金的制備方法，其特征在于，具體 步驟如下(1)先將純Mg、純Zn在150-20(TC預(yù)熱20-30分鐘，將純Sn在100-150°C預(yù)熱20-30 分鐘，并烘干，同時將精煉劑以及模具在150-200°C預(yù)熱30-60分鐘；(2)將純Mg在C02與SF6混合氣體保護(hù)下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向熔 體中加入預(yù)熱純Zn與純Sn，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C 加入精煉劑進(jìn)行精煉，在730-750°C保溫20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)撇去浮渣后，在C02與SF6混合氣體保護(hù)下進(jìn)行澆鑄成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金的制備方法，其特征在于，將得 到的鑄造合金經(jīng)固溶處理，固溶處理溫度為380-400°C，固溶處理時間為4-12小時，水淬至 室溫；或者，將得到的鑄造合金經(jīng)固溶與時效組合處理，先在380-400°C固溶處理4-12小時 后，水淬至室溫，然后在175-225°C下時效12-24小時，空冷至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金的制備方法，其特征在于，所述 固溶處理在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，保護(hù)氣氛為co2與SF6混合氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金的制備方法，其特征在于，所 述C02與SF6混合氣體中，SF6體積分?jǐn)?shù)為0. 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫與鋅的高強(qiáng)韌性鎂合金的制備方法，其特征在于，所述 澆鑄成型，采用壓鑄、低壓鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型含錫(Sn)與鋅(Zn)的高強(qiáng)韌性鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)中AZ91系列合金普遍存在塑性較差的問題，以及AM60/50合金存在強(qiáng)度不高的缺陷。鎂合金的組分及重量百分比為1-5％Sn，4-6％Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。熔煉過程在氣體保護(hù)下進(jìn)行，將工業(yè)純美熔化后，分別加入純Sn、純Zn，等合金元素完全溶解后精煉，保溫除渣后進(jìn)行鑄造。本發(fā)明合金在鑄態(tài)下，抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到220-242MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2達(dá)到68-91MPa，延伸率δ達(dá)到12-16％，具有高的抗拉強(qiáng)度與優(yōu)良的塑性。本發(fā)明合金在固溶+時效處理后，抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到290MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2達(dá)到226MPa，延伸率δ達(dá)到11％。
文檔編號B22D21/04GK101871066SQ200910011280
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者周吉學(xué), 楊院生, 王晶, 王杰, 童文輝 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所