高强度抗蠕变镁基合金制造技术

一种含有至少８５．４重量％的Ｍｇ，４．７－７．３重量％的铝，０．１７－０．６０重量％的锰，０．０－０．８重量％的锌，１．８－３．２重量％的钙，０．３－２．２重量％的锡，和０．０－０．５重量％锶的镁基合金。该合金可以含有最多达到０．００４重量％的铁，最多达到０．００１重量％的镍，最多达到０．００３重量％的铜或最多达到０．０３重量％的硅。除此之外，该合金可以含有最多达到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的高强度镁基合金，其适用于高温下使用，甚至在175-200℃下。
技术介绍
比等体积的铝轻1/3的镁合金，是汽车工业中最轻的结构材料。在汽车工业中车辆重量和燃料经济性越来越重要。不迟于2010年，欧洲和北镁的汽车制造者会减少25％的燃料消耗，进而得到减少30％的CO2排放。所以，所述合金将变得更具吸引力。大多数传动部件是通过高压模铸生产的。在应用镁合金的工序中，该技术大概具有最大的生产容积，似乎会保持这样，甚至在将来。但是，也使用其它技术，包括砂型铸造和金属型铸造、压力铸造、半固态铸造、触融铸造(thixocasting)和触融模塑(thixomolding)。合金成本在总构件成本中占据重要比例，是发展新合金的重要因素。用于制造汽车部件的理想镁合金，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，应当保持良好的机械性能。但是，一些传动构件，例如发动机组、油盘、进气歧管、下曲轴箱、油泵外壳和其它，应当经受住甚至更高的温度。对于用于制造这些构件的合金来说，改进抗蠕变性和应力松弛性能是关键问题。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，这些金属元素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。一种本
中已知的改进金属混合物的稳定性的工序是热处理，称作老化，其会影响金属的显微组织。但是，现有的商业化的模铸镁合金对老化没有显著响应。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、环境强度和廷性相结合的Mg-Al-Mn体系的合金，但是它们显示差的抗蠕变性和差的高温强度。另一方面，Mg-Al-Si合金和Mg-Al-RE合金具有较好的抗蠕变性，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，例如在AE42中有2.4％，增加了成本。在合金中其它合金元素的引入会克服提到的某些缺点。德国专利说明书NO847992描述了镁基合金，其含有最多达到3重量％的钙，在200℃下和施加30MPa应力条件下50小时，显示小于0.2％的蠕变应变。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，声称每50小时的蠕变速率为0.01％。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应力条件下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，合金是可压铸的，声称在较高温度下具有提高的强度。EP1048743教导了制造铸造镁合金的方法，包括最多达到3.3％的Ca和最多达到0.2％的Sr，声称在150-175℃下具有改进的抗蠕变性。WO0144529要求保护一种压铸合金，其含有最多达到7％的锶，和其在150℃下具有0.06％的蠕变变形。美国专利No.6139651公开了一种镁基合金，其含有最多达到1.2重量％的Ca，最多达到0.2重量％的Sr，最多达到1重量％的RE，最多达到0.0015重量％的铍，但是Zn的范围是0.01-1重量％或5-10重量％。该合金显示极好的铸造性能、耐蚀性和机械性能，并指出可以在最高达到150℃温度下操作使用。但是，为了扩大镁的应用，使其能在高于150℃温度下操作的曲轴箱和发动机组上的使用，仍然需要更高的抵抗性的合金。所以，本专利技术的一个目的是提供能在175-200℃的高温下操作的镁合金。本专利技术的目的是提供在环境温度和高温下具有改进强度的合金，以及在最高达到175-200℃温度范围的高温下具有改进的抗蠕变性。本专利技术的另一个目的是提供一种合金，其特别适用于高压模铸工艺，其对粘模、氧化和热裂显示低的敏感度，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一种合金，其在老化过程中显示改进的强度。本专利技术的还一个目的是提供一种合金，其显示所述的特性和性能并具有相对低的成本。依据下面的说明，可以明显看出本专利技术的其它目的和优点。
技术实现思路
本专利技术涉及具有良好抗蠕变性的高强度镁基合金，该合金适用于在高温下使用，甚至在175-200℃下。依据本专利技术的合金具有良好的铸造性，并显示良好的耐蚀性。所述合金包括铝、锰、锌、钙、锡、锶和铍。本专利技术的合金含有至少85.4重量％的Mg，4.5-7.5重量％的铝，0.17-0.6重量％的锰，0.0-0.8重量％的锌，1.8-3.2重量％的钙，0.3-2.2重量％的锡，0.0-0.5重量％的锶，和0.000-0.001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％。依据本专利技术的合金的显微组织中含有Mg-Al固溶体或Mg-Al-Sn固溶体作为基体，以及在Mg-Al或Mg-Al-Sn基体的晶界处析出的金属间相。在本专利技术的合金中出现的金属间化合物是Al2Ca，Al2(Ca，Sr)，Al2(Ca，Sn)，Al2(Ca，Sn，Sr)，AlxMny，其中“x”与“y”的比率决定于合金中的铝含量。由于对热裂和粘模的减低的敏感度，本专利技术的合金特别适用于高压模铸。本专利技术也涉及可用于其它工艺的合金，包括砂型铸造、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，该合金显示高强度、良好的抗蠕变性和铸造性能，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，表示新合金的铸造性能；图3是表3，表示在新合金中的金属间相；图4是表4，表示合金的机械性能和蠕变特性；图5是表5，表示老化对合金机械性能的作用；图6，A和B，分别表示依据实施例1和3的模铸合金的显微组织；图7，A和B，分别表示依据实施例5和7的模铸合金的显微组织；图8，A和B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁基合金含有ｉ）至少８５．４重量％的镁，ｉｉ）４．７－７．３重量％的铝，ｉｉｉ）０．１７－０．６０重量％的锰，ｉｖ）０．０－０．８重量％的锌，ｖ）１．８－３．２重量％的钙， ｖｉ）０．３－２．２重量％的锡，和ｖｉｉ）０．０－０．５重量％的锶。

【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，M卡特滋尔，
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]