具有改进的铸造性能的抗蠕变镁合金制造技术

一种镁基合金，其含有至少８６重量％的Ｍｇ，４．８－９．２重量％的铝，０．０８－０．３８重量％的锰，０．００－０．９重量％的锌，０．２－１．２重量％的钙，０．０５－１．４重量％的锶，和０．００－０．８重量％稀土元素。该合金也可以含有最多达到０．０２重量％的锆和最多达到０．００１重量％的铍。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有良好的抗蠕变性和改进的铸造性能的镁基合金，该合金适用于高温下使用，并且具有良好的耐蚀性。
技术介绍
比等体积铝合金轻1/3的镁合金，可以提供许多减轻重量的可能性，所以，在如汽车制造业和航空航天工业的应用中非常具有吸引力。在CAFE王和其它环境立法之后，大多数汽车制造者已经设定目标，在不久的将来，每辆汽车使用40-100kg的镁合金。镁合金构件是通过各种铸造方法生产的，包括高压模铸、砂型铸造和金属型铸造。其它相关的生产技术是压力铸造、半固态铸造、触融铸造(thixocasting)和触融模塑(thixomolding)。依据国际镁协会(IMA)的预测，压铸镁的使用将继续增长。用于制造汽车部件的理想的镁合金，除成本效率之外，应当满足一些条件，该条件涉及在铸造过程中和在连续应力下使用时的特性。良好的铸造性能包括熔融合金的良好的流动性以进入薄铸模部分，熔融合金对模的低粘附性和在铸造过程中的抗氧化性。良好的合金应当在铸造的冷却和凝固阶段不产生裂缝。合金铸造的部件应当具有高的拉伸和压缩屈服强度，并且在高温的应力条件下的使用中，应当显示低的连续应变(抗蠕变性)。如果部件用作齿轮箱或曲轴箱的部件，甚至在温度高于120℃下，应当优选保持良好的机械性能。合金也应当具有耐蚀性。合金的物理和化学性能基本上决定于其它金属元素的存在，其会形成各种金属间化合物。这些金属间化合物在高温的应力条件下，阻止晶粒滑动。所有的常规模铸镁合金基于Mg-Al体系。Mg-Al-Zn体系的合金(例如商业上可以购得的合金AZ91D)或具有良好铸造性能、耐蚀性、环境强度和延性相结合的Mg-Al-Mn体系的合金，但是它们显示差的抗蠕变性和高温强度。另一方面，Mg-Al-Si合金和Mg-Al-RE合金显示改进的抗蠕变性，但是显示不够的耐蚀性(AS41和AS21合金)和差的铸造性能(AS21和AE42合金)。在环境温度下，合金的两种类型更进一步显示相对低的拉伸屈服强度。除此之外，高含量的稀土元素(RE)，例如在AE42中有2.4％，增加了成本。在合金中掺杂的Ca或Sr显示可以克服提到的某些缺点。德国专利说明书No847992描述了镁基合金，其含有2-10重量％的铝，0-4重量％锌，0.001-0.5重量％锰，0.5-3重量％的钙和最多达到0.005重量％的铍。除此之外，这些合金也含有相对高浓度的铁(最多达到0.3重量％)以抑制热裂问题。出版物GB2296256公开了含有最多达到2重量％RE和最多达到5.5重量％钙的镁基合金。WO9625529公开了含有最多达到0.8重量％钙的镁基合金，其在150℃下和施加35MPa应力下200小时具有少于0.5％的蠕变应变。EP799901描述了半固态铸造的镁基合金，其含有最多达到4重量％的钙和最多达到0.15重量％的锶，其中Ca/Al的比率应当小于0.8。EP791662公开了含有最多达到3重量％Ca和最多达到3重量％RE元素的镁基合金，其中仅当元素达到某种比率时，合金是可模铸的。EP1048743教导了制造铸造镁合金的方法，包括最多达到3.3重量％的Ca和最多达到0.2重量％的Sr。美国专利No.6139651公开了含有最多达到1.2重量％的Ca，最多达到0.2重量％的Sr的镁基合金，但是Zn的范围是0.01-1或5-10重量％。WO0144529描述了含有最多达到2.2重量％Sr的镁基铸造合金。本专利技术一个目的是提供在环境温度和高温下具有改进强度的合金，以及在高温下一直到至少在150℃下具有改进的抗蠕变性。本专利技术的另一个目的是提供特别适用于高压模铸工艺的合金，其对粘模、氧化和热裂显示降低的敏感度，并且具有良好的流动性。本专利技术的再另一个目的是提供适用于高温下使用的镁基合金，其具有良好的耐蚀性。本专利技术更进一步的目的是提供也可用于其它应用的合金，例如砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、半固态铸造、触融铸造(thixocasting)和触融模塑(thixomolding)。本专利技术的再更进一步的目的是提供尽管不含铍但仍能够成功铸造的合金。本专利技术的还一个目的是提供显示所述的特性和性能并具有相对低成本的合金。依据说明书，本专利技术的其它目的和优点将可以明显看出。
技术实现思路
本专利技术涉及具有良好抗蠕变性和铸造性能的镁基合金，该合金适用于在高温下使用，并且具有良好的耐蚀性。所述合金包括铝、锰、锌、钙、锶、锆和稀土元素。本专利技术的合金含有至少86重量％的Mg，4.8-9.2重量％的铝，0.08-0.38重量％的锰，0.00-0.9重量％的锌，0.1-1.2重量％的钙，0.05-1.4重量％的锶，0.00-0.8重量％稀土元素和0.00-0.02重量％的锆，并且它们可以含有最多达到0.001重量％的铍。在合金中铁、镍、铜和硅的含量分别不超过0.004重量％，0.001重量％，0.003重量％和0.03重量％。钙和锶的总量高于0.9重量％，并低于1.6重量％。依据本专利技术的合金的显微组织中含有Mg-Al固溶体作为基体，以及位于所述Mg-Al固溶体晶界处的金属间化合物Mg17Al9Ca2Sr，Al2Ca0.5Sr0.5，Al8(Mn，RE)，Al2(Sr，Ca)1，Al2(Sr，Ca RE)1和Alx(Mn，RE)y。在环境温度和150℃下，本专利技术的合金显示良好的强度和蠕变性能，并且具有良好的耐蚀性。在铸造过程中，它们显示良好的流动性，低的粘模性，和对于氧化和热裂的低敏感度。该合金也具有相对低的成本。本专利技术也涉及可用于各种工艺的合金，包括高压模铸、砂型铸造、金属模铸造、压挤铸造、半固态铸造、触融铸造(thixocasting)和触融模塑(thixomolding)。本专利技术更进一步涉及通过铸造具有如上文所述组分的镁基合金来生产的制品，该合金具有良好的抗蠕变性和铸造性能。所述制品适用于在高温下使用，并且具有良好的耐蚀性。附图说明通过下述的实施例和参考附图，可以更容易地看出本专利技术的上述和其它特性以及优点，其中图1是表1，表示合金的化学组分；图2是表2，表示在新合金中的金属间相；图3是表3，表示新合金的铸造性能；图4是表4，表示新合金的机械性能；图5，A和B，分别表示依据实施例4和实施例8的模铸合金的显微组织；图6，A和B，分别表示依据对照实施例1和对照实施例2的模铸合金的显微组织。具体实施方案现在已经发现在镁基合金中，元素的某种结合，包括铝、锰、锌、钙、锶、锆和稀土元素，会导致性能优于现有技术合金的性能。这些性能包括极好的熔融金属特性和铸造性能，改进的抗蠕变性，耐蚀性以及在环境温度和高温下的高拉伸的和压缩的屈服强度。本专利技术的镁基合金包括4.8-9.2重量％的铝。如果铝的浓度低于4.8重量％，合金不能显示良好的铸造性能，尤其与流动性有关。另一方面，铝的浓度高于9.2重量％会导致脆化以及抗蠕变性的恶化。本专利技术的合金含有0.08-0.38重量％的锰，和最多达到0.9重量％的锌。本专利技术的合金含有钙和锶两者。钙的优选范围是0.2-1.2重量％，锶的优选范围是0.05-1.4重量％。这两种存在的元素通过形成阻止晶粒滑动的稳定的金属间化合物，有效地改进了抗蠕变性。钙和锶的总量应当高于0.9重量％，以抑制β-相，Mg17(Al，Zn)12金属间化合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁基合金，含有　　　　ａ）　　至少８６重量％的镁，　　　　ｂ）　　４．８－９．２重量％的铝，　　　　ｃ）　　０．０８－０．３８重量％的锰，　　　　ｄ）　　０．００－０．９重量％的锌，　　　　ｅ）　　０．２－１．２重量％的钙，　　　　ｆ）　　０．０５－１．４重量％的锶，和　　　　ｇ）　　０．００－０．８重量％稀土元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：B布龙芬，E阿希安，F冯布奇，S舒曼恩，
申请(专利权)人：死海鎂有限公司，大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]