一种含Ｃａ和Ｓｒ的耐热变形镁合金制造技术

一种含Ｃａ和Ｓｒ的先进耐热变形镁合金，其组分的重量百分比为：６．０％～９．０％Ａｌ，０．５％～３．０％Ｃａ，０．０５％～０．５％Ｓｒ，０．１％～０．８％Ｍｎ，余量为Ｍｇ及微量不可避免的杂质。本发明专利技术合金不含稀土元素，价格低廉。所添加元素可大幅细化合金组织，使合金的可成形温度范围扩大；还可使耐热相由粗大的块状或骨骼状趋于细小弥散态分布，提高合金的可成形性。本发明专利技术合金塑性成形能力好，适合普通的挤压、拉拔、轧制和锻造工艺，变形温度范围大，且能一次承受较大的变形量和较高的变形速度。可作为轻质高强耐热的金属结构材料，将广泛应用于航空航天、汽车及轨道列车等高温输送管道和高温承力结构件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变形镁合金，特别是涉及一种含Ca和Sr的耐热变形镁合金。属于金属结构材料

技术介绍
镁合金作为最轻的商用金属结构材料，以其高的比强度、比刚度，优良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散热等多种特性，在航空航天、汽车、3C (计算机、通信、消费类电子)等领域获得了广泛的应用。以镁合金在汽车、摩托车、轨道列车上应用为例，它不仅能明显减重、改善车辆动力性能和降低能耗，而且还可限制改善车辆结构和吸收震动及噪声。但是，镁的现有使用状况远没有充分发挥镁合金材料的潜在优势，其主要原因在于大多数的镁结构件都来自于压铸一种加工方式，这限制了产品的品种和类型；应用范围小，镁压铸件的80°/。用于汽车行业，而且90%又是室温使用的结构件，且主要局限于小体积零件。与铸造镁合金相比，变形镁合金组织得到细化，铸造缺陷得到消除，具有更高的强度，延展性，更多样化的力学性能，更适合于制造大型结构件和满足结构多样化的需求，镁合金在大型结构件上的应用是未来应用趋势。从世界镁合金应用领域的发展趋势看，变形镁合金是未来交通、航空航天、家电等领域的重要结构材料，这些领域所需要的许多板材、棒材、型材、管材、锻件是无法用铸造产品代替的。开发用于汽车、摩托车、航空航天、3C等行业的镁合金变形材具有重要的商业应用价值。镁及镁合金具有密排六方晶体结构，与铝合金和钛合金相比，其塑性变形能力较低，其挤压、轧制、锻造等塑性加工过程相对较为困难。另外，大部分镁合金，如Mg-Al基合金，常存在低熔点的共晶相，在一定程度上限制了合金变形温度范围的扩展。因此，在确定变形镁合金材料成分时，必须既考虑到材料的强度要求，又兼顾材料的加工性能。目前世界范围内已研究开发的变形镁合金系列有Mg-Al、 Mg-Zn、 Mg-Re、 Mg-Li、 Mg-Th系等，其中己经应用的重要商用镁合金有AZ31B或AZ31C和ZK60等。尽管如此，变形镁合金的品种依然较少，己开发合金的室温与高温强度、延展性都不够优异，更重要的是合金的耐热性也都普遍较差，这些缺点严重制约着变形镁合金在金属结构材料领域更进一歩的扩展应用。为改善镁合金的强度和耐热性，研究者多采用合金化改性手段。I.P.Moreno、 Yi Zhen Ld等人通过单独或配比添加一定量的稀土元素来对合金改性，但是此类合金的成本昂贵。A. Luo、 LIY等人通过添加一定量的Si，使合金组织形成Mg2Si相，但该相极易形成粗大的汉字状而恶化合金性能，且该类合金一次铸造成形条件苛刻。近年来，廉价的碱土元素被认为是改善合金性能的有益元素。R.Ninomiya等人报导， 一定量的Ca可使合金组织细化，并产生高熔点的Al2Ca和Mg2Ca相，使合金的耐热性能大幅提高。但是Al2Ca相通常比较粗大，会严重影响合金的室温力学性能和一次铸造成形性能，且对合金的二次变形加工性能非常不利。Ca元素对合金性能的这些危害严重影响了此碱土类合金的开发应用。经文献检索，目前还未报导过在加Ca合金的基础上通过添加Sr对合金组织产生变质、修复作用使合金成形性、强度及耐热性能改善的方法、专利及应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有变形镁合金存在的不足，提出一种含Ca和Sr的耐热变形镁合佥，它通过复合添加一定量的Ca和Sr，有效细化合金组织，与Al结合生成高熔点的Al2Ca和Al4Sr耐热相，降低低熔点卩-MgnAl^相的数量，同时，Sr还对Al2Ca耐热相进行变质、修复，使其由粗大的块状或骨骼状趋于细小弥散态分布于合金晶界，从而改善镁合金的成形性能，强度及耐热性。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是，所述含Ca和Sr的耐热变形镁合金的质量百分比组分为Al6.0o/o 9.0o/o， Ca 0.5o/o 3.0o/o，Sr0.05% 0.5%， Mn 0.1% 0.8%，余量为Mg及微量的不可避免杂质。本专利技术中，其组成中所述微量的不可避杂质(如Fe、 Si、 Ni、 Cu等)的总质量小于0.03%。本专利技术所述含Ca和Sr的耐热变形镁合金的组分中不含稀土元素。本专利技术在合金中添加6-9%Al，以产生固溶强化作用，提高合金的室温强度。另外，Al还可提高合金的一次铸造成形工艺性能；在合金中添加0.5-3.0%01，使其有效细化合金组织，同时生成高熔点的Al2Ca耐热相，降低低熔点的5|3-]^&7八112相的数量；添加0.05-0.5%Sr，使其对Al2Ca耐热相进行变质、修复，使其呈细小状弥散分布于合金晶界，且Sr可进一步细化晶粒并与Al结合生成AUSr耐热相，从而改善镁合金的铸造、变形工艺性能，强度以及耐热性；添加0.1-0.8%Mn，以改善合金的耐蚀性能。通过变形加工使合金晶粒更加细化，高熔点二次相更加细小弥散分布，内部组织更加致密。本专利技术的含Ca和Sr的耐热变形镁合金可采用如下方法制得在熔剂或保护气氛的保护条件下，将工业纯镁完全熔化后，在710°C —730°C (优选72(TC)时按比例分别加入工业纯铝、工业纯锰、Al-Ca中间合金和A1-Sr中间合金；待合金元素全部溶解之后，在73(TC—75(TC (优选74(TC)时用搅拌棒搅拌合金8min —12min，而后在此温度下静置15min— 25min;静止完成后，在保护气氛下将合金液平稳浇注到预热24(TC—26(TC (优选25(TC)的金属模具中；合金的铸锭在410。C一45(TC (优选43(TC)下均匀化处理10h—15h，即得。而后可进行常规挤压或拉拔或轧制或锻造变形等压力加工。所用熔剂可以是RJ-1或RJ-2溶剂，所用保护气氛可以是SF6和C02的混合气体。本专利技术所述含Ca和Sr的耐热变形镁合金不含昂贵的稀土元素，成本低；它的一次铸造和二次变形工艺性能好，生产效率高；二次成形可采用挤压或轧制或锻造工艺，且能一次承受较大的变形量和较高的变形速度；如热挤压时挤压比可达20 60，挤压速度可达1 mm/s—8mm/s;室温强度与高温强度、延伸率及耐热性均表现优异，如本专利技术某一实施例合金室温(25°C)时屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达200MPa、 330MPa和14y。；高温(175°C)时的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达170MPa、 215MPa和29。/。； 200°C/56MPa条件下的稳态蠕变速率和100h蠕变伸长率分别为0.3xlO—9%/S和0.07%。附图说明图1是本专利技术对比例1、对比例2、实施例1的合金铸锭组织晶粒度比较。图2是本专利技术对比例1、对比例2、实施例1的合金铸锭组织中二次相大小、形态、分布的比较。图3是本专利技术对比例2、实施例1的合金铸锭组织中二次相种类、数量的比较。图4是本专利技术实施例1合金在45(TC时的热压縮真应力-真应变曲线。图5是本专利技术对比例1、对比例2、实施例1的合金热挤压后的表面质量对比。图6是本专利技术实施例1合金热挤压变形后的组织。图7是本专利技术实施例1合金热挤压加工后不同截面规格的型材。具体实施方案以下结合对比例与实施例对本专利技术作进一步说明。对比例1: 一种Mg-Al基变形镁合金，所述镁合金中各组分的重量百分比为8。/。Al， 0.6%Mn，余量为Mg及微量不可避免的杂质。对比例2: —种含Ca的Mg-Al基变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Ｃａ和Ｓｒ的耐热变形镁合金，其特征在于，它的质量百分比组成为：　Ａｌ　６．０％～９．０％，　Ｃａ　０．５％～３．０％，　Ｓｒ　０．０５％～０．５％，　Ｍｎ　０．１％～０．８％，　余量为Ｍｇ及微量的不可避免杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李落星，白星，梁桂平，胡文俊，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]