一种Ｔｉ细化Ｍｇ－Ａｌ－Ｃａ抗蠕变镁合金，用于金属材料类及冶金领域。合金的成分及其重量百分比为：３－９％Ａｌ，０．５－３．０％Ｃａ，０．０５－０．６％Ｔｉ，０．１－０．４％Ｍｎ，杂质元素小于０．０２％，其余为Ｍｇ。熔铸工艺如下：熔炼过程在气体或覆盖剂保护条件下进行，将工业纯镁完全熔化后，再分别以工业纯钙、工业纯铝、Ａｌ－Ｍｎ中间合金、Ａｌ－Ｔｉ中间合金形式加入合金元素Ｃａ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｔｉ，待合金元素全部溶解后，搅拌均匀，捞去表面浮渣后进行铸造。本发明专利技术工艺简单，不含稀土，成本低，提高了合金的室温和高温抗拉强度、屈服强度、延伸率及高温抗蠕变性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种镁合金及其熔铸工艺，具体是一种Ti细化Mg-Al-Ca抗蠕变镁合金及其熔铸工艺。用于金属材料及冶金领域。
技术介绍
Mg-Al为基的AZ91D、AM50A和AM60B等是工业应用中最为广泛的镁合金，具有优良的室温力学性能，良好的铸造性能，且成本低廉。但是这些合金的高温强度和蠕变性能较差，长期使用温度不超过120℃，大大限制了镁合金的应用范围。尽管目前已经开发出了一些耐热镁合金，如美国牌号AE42，WE43等，但这些镁合金通常含有较高含量的稀土元素，一方面大大提高了合金成本，另一方面铸造性能差，给熔铸带来了困难。因此，提高现有镁合金的高温强度和蠕变性能，开发出新型高性能、低成本抗蠕变的工业镁合金，使其能够应用于汽车自动变速箱壳体、发动机缸体和发动机活塞等高温关键部件，已经成为急需解决的重要课题。最近，Mg-Al基合金的Ca合金化已经成为发展低成本抗蠕变镁合金的一个重要方面。但是Ca加入镁合金后会形成粗大的Al2Ca相，严重降低合金的室温力学性能和铸造性能。经文献检索发现，Honda研发公司Koike S等人在“Development of lightweight oil pans made of a heat-resistant magnesium alloyfor hybrid engines”(混合式发动机轻型油箱抗蠕变镁合金的开发)《SAETechnical Paper 2000-01-117》(美国汽车工程协会技术论文集)一文中介绍的ACM522(Mg-5Al-2Ca-2RE)合金，用重量百分比2％Ca和2.5％RE(富Ce混合稀土)提高合金的蠕变性能，其蠕变性能好于AE42，与A384铝合金相当，但是，由于含有较高含量的贵重稀土元素，合金的成本很高(其成本甚至比AE42还高)；而且，由于同时使用了较高含量的Ca和RE元素，合金的塑韧性很低，铸造性能也很差，从而限制了该合金的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种Ti细化Mg-Al-Ca抗蠕变镁合金及其熔铸工艺，通过加入Ti克服单纯加Ca造成的铸造性能和室温力学性能降低的不足，同时通过Ti细化粗大的Al2Ca相，使其进一步提高合金的抗蠕变性能，扩大了含Ca镁合金的应用范围。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术Ti细化Mg-Al-Ca抗蠕变镁合金包含的各成分及其重量百分比为3-9％Al，0.5-3.0％Ca，0.05-0.6％Ti，0.1-0.4％Mn，杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余为Mg。本专利技术以3-9％Al作为基本成分，加入0.5-3.0％Ca以提高合金的耐热性能，加入Ti一方面是为了改善Al2Ca强化相的形貌，进一步提高合金的耐热性能，另一方面是为了弥补单纯加Ca造成的合金铸造性能和室温力学性能的不足，加入0.1-0.4％的Mn是为了提高合金的抗腐蚀性能。本专利技术形成的合金的耐热性能远超过目前含稀土的抗蠕变镁合金AE42，合金的常温性能和铸造性能好于AM50镁合金，耐腐蚀性能及成本与镁合金AZ91相当。本专利技术的优选配方(重量百分比)为4-8％Al，0.5-3.0％Ca，0.05-0.6％Ti，0.2％Mn，杂质元素Fe、Cu、Ni总量小于0.02％，其余为Mg。在金属型铸造的条件下，该优选配方镁合金Al2Ca颗粒的平均尺寸由6μm降为1μm，合金的室温抗拉强度为195MPa、屈服强度123MPa、延伸率8％，分别比Mg-5Al-1Ca合金提高了30MPa、20MPa、5％以上；在200℃/50MPa蠕变条件下，合金的稳态蠕变速率为2.70×10-9S-1、100h蠕应变为0.35％，分别比Mg-5Al-1Ca合金降低了63％、30％以上；与常用工业镁合金相比，新合金的抗高温蠕变性能远超过AEA2耐热镁合金的水平，合金的常温性能和铸造性能好于AM50镁合金，而合金成本则与AZ91镁合金相当，比AE42低得多。本专利技术上述合金的熔铸工艺，熔炼过程在气体或覆盖剂保护条件下进行，将工业纯镁完全熔化后，再分别以工业纯钙、工业纯铝、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金形式加入合金元素Ca，Al，Mn，Ti，待合金元素全部溶解后，搅拌均匀，捞去表面浮渣后进行铸造。以下对本专利技术工艺作进一步的说明，具体步骤如下(1)熔炼Mg在熔炼炉中加入烘干的工业纯镁，加热熔炼；(2)加Ca待镁完全熔化后，在650～680℃下用钟罩压入工业纯钙； (3)加Al和Mn在700℃加入工业纯铝和Al-Mn中间合金；(4)加Ti在750℃下加入Al-Ti中间合金，保温15分钟后搅拌2～5分钟，以促使Ti充分熔化；(5)铸造在750℃下继续保温约15分钟，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌合金液使成分均匀，降温至720～730℃的浇注温度下静置10分钟，然后捞去表面浮渣后进行铸造。上述熔铸工艺的铸造方法可采用压铸、低压铸造、金属型铸造或砂铸。与现有技术相比，本专利技术具有显著进步，该工艺简单，不含稀土，成本低，铸造合金的显微组织明显细化，Al2Ca形貌由连续粗大网状分布转变为细小弥散分布的颗粒状，解决了现有加Ca耐热镁合金室温性能和铸造性能较差的问题。具体实施例方式结合本专利技术技术方案的内容提供以下实施例实施例1合金的成分(重量百分比)为8.0％Al、3.0％Ca、0.6％Ti、0.2％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。合金的熔铸工艺具体步骤为(1)按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10公斤，加热熔炼，同时采用SF6 0.5％/CO2混合气体保护；(2)待镁完全熔化后，在650℃用钟罩压入工业纯钙0.35Kg；(3)在700℃加入工业纯铝0.07Kg和Al-10Mn中间合金0.25Kg；(4)在750℃加入Al-10Ti中间合金0.70Kg，保温15分钟后搅拌2～5分钟，以促使Ti充分熔化；(5)在750℃下继续保温约15分钟，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌合金液使成分均匀，降温至720～730℃的浇注温度下静置10分钟，然后捞去表面浮渣后即可用浇包进行金属型铸造。本实施例的合金的常温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到215MPa、128MPa和7％；高温150℃抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为205MPa、123MPa和10％。实施例2合金的成分(重量百分比)为5.0％Al、1.0％Ca、0.2％Ti、0.2％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。合金的熔铸工艺具体步骤为(1)按照上述成分配置合金，在煤油坩埚炉中加入工业纯镁10公斤，加热熔炼，同时采用覆盖剂保护；(2)待镁完全熔化后，在650℃用钟罩压入工业纯钙0.12Kg；(3)在700℃加入工业纯铝0.14Kg和Al-10Mn中间合金0.2Kg；(4)在750℃加入Al-10Ti中间合金0.2Kg，保温15分钟后搅拌2～5分钟，以促使Ti充分熔化；(5)在750℃下继续保温约15分钟，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌合金液使成分均匀，降温至720～730℃的浇注温度下静置10分钟，然后捞去表面浮渣后即可用浇包浇入压铸机进行压铸。本实施例的合金的常温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到220MPa、135本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｔｉ细化Ｍｇ－Ａｌ－Ｃａ抗蠕变镁合金，其特征在于，包含的各成分及其重量百分比为：３－９％Ａｌ，０．５－３．０％Ｃａ，０．０５－０．６％Ｔｉ，０．１－０．４％Ｍｎ，杂质元素Ｆｅ＜０．００５％，Ｃｕ＜０．０１５％，Ｎｉ＜０．００２％，其余为Ｍｇ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘满平，王渠东，曾小勤，卢晨，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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