本发明专利技术涉及一种含铜的耐热镁锡合金及其制备方法，该耐热合金的组分由镁、锡、铜、锰四种元素或镁、锡、铜、锰和铝五种元素组成；各组分的质量百分比为：锡：6～8％、铜：1.8～2.5％、锰：0.5～1％、铝：0～2.5％，其余为镁。该合金制备方法包括熔炼、均匀化及固溶热处理、时效热处理三个步骤。本发明专利技术合金组织由晶界连续分布的高熔点金属间化合物和晶内均匀弥散析出的沉淀相组成，合金成分不含稀土元素和贵金属元素，且熔炼工艺简单。本发明专利技术合金晶界硬度可达140HV以上；在200℃下时效峰值时晶内基体硬度可达到78HV，时效700小时硬度仍保持在75HV左右，高温组织稳定，耐蠕变性能好，具备商用潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属结构材料及制备
，特别是一种晶界高熔点化合物与晶内弥散沉淀相耦合强化的新型耐热镁锡铜合金及其熔炼和热处理工艺。
技术介绍
镁合金是目前实际应用的最轻的金属结构材料，具有优异的比强度、比刚度、导热性、减震性和电磁屏蔽性能，并且易于切削加工、易回收利用，因而在军事工业、交通运输、电子产品等领域都有巨大的应用前景。特别是近年来交通轻量化的迫切需求，使镁合金成为各国金属材料领域的研究热点。设法将镁合金更广泛应用在汽车相关零部件中已成为各国开发新型镁合金的一个重要目标。目前最常用的商用镁合金是镁铝系，例如AZ91，但由于该合金晶界化合物熔点低、在高温(超过135°C)时热力学组织不稳定导致高温蠕变性能差，只能用在方向盘、座椅、齿轮箱、仪表盘等常温应用的场合。汽车的动力总成组件(传动箱和发动机缸体)长期在高温并承受一定载荷的状态下工作，这些部件的总重量占到整个汽车总重量的近1/4，却无法使用Mg-Al合金制备。改善和替代镁铝合金主要考虑在镁铝系合金中添加稀土(RE)元素，或者采用镁-稀土系，以形成高熔点的Al-RE或Mg-RE化合物强化晶界。在镁铝系中添加稀土元素虽对性能有一定的改善，但会消耗铝导致晶内基体强度下降，使合金的综合性能距离实际应用仍有一定的差距；同时，由于稀土元素价格昂贵，添加稀土的镁合金由于较高的成本制约了其在民用产品领域的普及。近年来人们开始开发镁锡系合金，镁锡二元合金的共晶温度为561°C，而且其起强化作用的化合物Mg2Sn熔点为770.50C，这些都明显高于镁铝系对应的温度，显示其具有良好的高温应用潜力。不过目前开发的镁锡合金主要是通过固溶+时效强化的方式制备，Mg2Sn都是在合金晶粒内部析出，虽然达到了强化晶粒基体的目的，但晶界没有高熔点化合物钉扎，因此合金的耐蠕变性能仍然较低。同时，时效的镁锡合金热稳定性也不够高，例如石章智等人在专利“一种镁锡基合金及其制备方法”(专利号为ZL200610169819.6)中，添加锌和银的镁锡锰合金在200°C时效的峰值硬度虽然达到80HV，但合金时效55小时硬度即下降至70HV，硬度下降明显，合金的热力学稳定性较差。此外，目前开发的时效强化镁锡合金为增强时效强化效果添加的合金元素如Na、Ag等，由于活泼性太高或者价格昂贵，也制约了其在民品中的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有合金特别是镁锡合金由于晶界脆弱导致蠕变性能差、热稳定性不够好、添加其它微合金化元素不适合工业化应用的缺点，提供一种耐热、廉价的镁锡铜合金及其制备方法。通过添加铜元素，改良成分及热处理工艺，使合金含有钉扎晶界的强金属间化合物以及晶内弥散分布的沉淀相，从而得到时效强化效果明显、过时效缓慢、组织热稳定性较好同时又耐蠕变的经济型镁合金。本专利技术提供的一种含铜的耐热镁锡合金，其特征在于，该镁锡铜合金的组分由镁、锡、铜、锰四种元素或由镁、锡、铜、锰和铝五种元素组成；各组分含量的质量百分比为: 锡(Sn):6 ~8%铜(Cu):1.8 ~2.5% 锰(Mn):0.5 ~1% 铝(Al):0 ~2.5% 其余为镁(Mg)； 本专利技术提供的上述耐热镁锡铜合金的制备方法，包括熔炼，均匀化热处理，时效热处理；具体包括以下步骤: 步骤一:熔炼 下列组分及质量百分比含量配料:锡(Sn):6~8%、铜(Cu):1.8~2.5%、猛(Mn):0.5~1%、铝(A1):0~2.5%，其余为镁(Mg);原料中各组分的纯度均超过99.99%，在坩埚中依次放入镁、锡、铝、镁锰中间合金(锰含量在4%以上)、镁铜中间合金(铜含量在29%以上)，加热至800-850°C，搅拌8-15分钟，静置10-15分钟成合金液体，将合金液体浇注到铸造用冷模具中形成镁锡铜合金坯料； 步骤二:均匀化及固溶热处理` 将镁锡铜合金坯料放入常规电阻炉，在空气或真空气氛下进行分步加热:首先在3400C _360°C保温20-30小时，然后再缓慢升温至450_470°C，保温30-48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡铜固溶合金； 步骤三:时效热处理 将均匀化的镁锡铜固溶合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，加热温度为170-250°C，保温时间为190-270小时，冷水淬火得到时效强化的耐热镁锡铜合金。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点: 1、本专利技术的镁锡铜合金具备高温高强应用的潜力，合金含有钉扎晶界的强金属间化合物以及晶内弥散分布的沉淀相，晶界硬度可达140HV以上，在200°C下时效峰值时晶内基体硬度可达到78HV。峰时效硬度和Mg-Sn-Zn合金系相当，但晶界强度明显高于其它时效强化的镁锡合金系。2、本专利技术所制备的镁锡铜合金，具备良好的热稳定性，在200°C进行700h的时效晶内基体硬度仍可达75HV，硬度几乎和时效峰值持平，热稳定性明显高于目前报导的其它时效强化的镁锡合金系。3、本专利技术提出的这种耐热镁锡合金的特征在于不添加稀土元素和其它贵金属元素，合金制备成本低，有利于合金的商业化应用。【具体实施方式】通过如下实施例对本专利技术提供一种高温性能稳定且时效性能好的镁锡铜合金做进一步说明: 实施例1:镁锡铜合金的组分由镁、锡、铜、锰和铝五种元素组成；各组分含量的质量百分比为: 锡(Sn):6%铜(Cu):1.8%锰(Mn): 1%铝(Al):2.5% 其余为镁(Mg)。本实施例的制备方法包括以下步骤: 步骤一:熔炼 (1)按下列组分原料及质量百分比含量配料:6%锡，1.8%铜，1%锰，2.5%招，其余为镁坯料；其中锰按照锰含量为4%以上的镁锰中间合金、铜按照铜含量为29%以上的镁铜中间合金的方式加入，其余原料为纯元素，各种原料的纯度均为99.99%。然后将配制好的配料放在烘箱中预热至150°C，同时将占所制备镁锡铜合金总重量2%的RJ-2覆盖剂放入烘箱中烘烤；将浇铸用模具在另外的箱式炉中预热至300°C ； (2)加热坩埚至300°C时，在坩埚底部加入1/2左右的已烘烤的覆盖剂，再将预热好的镁坯料放入坩埚内； (3)当镁坯料熔化并且坩埚温度稳定在800°C后，根据熔点由高到低依次加入预热的其余各种配料，然后熔体进 行搅拌约12分钟；此过程中，酌情加入剩余的已烘烤的覆盖剂，以表面不燃为准； (4 )坩埚温度稳定在800 V后，熔体静置15分钟，按体积百分比，在99.5 %空气(或CO2)+ 1% SFJg合气体保护下掏渣； (5)掏渣完毕后，维持坩埚温度稳定在800°C，按体积百分比，在99.5%空气(或CO2) +1% SF6混合气体保护下浇铸成镁锡铜合金坯料； 步骤二:均匀化及固溶热处理 将镁锡铜合金坯料放入常规电阻炉，在空气气氛下进行加热，在360°C保温20小时，然后再缓慢升温至450°C，保温48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡铜固溶合金； 步骤三:时效热处理 将均匀化的镁锡铜固溶合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，时效过程中使用的温度为200°C，保温时间为220小时，冷水淬火得到时效强化的镁锡铜合金。实施例2:镁锡铜合金的组分由镁、锡、铜、锰四种元素组成；各组分含量的质量百分比为: 锡(Sn):8%铜(Cu)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含铜的耐热镁锡合金，其特征在于，该耐热合金的组分由镁、锡、铜、锰四种元素或由镁、锡、铜、锰和铝五种元素组成；各组分含量的质量百分比为：????锡(Sn)：6～8％????铜(Cu)：1.8～2.5％????锰(Mn)：0.5～1％????铝(Al）：0～2.5％????其余为镁(Mg)；????所述耐热镁锡铜合金的制备方法，包括熔炼，均匀化及固溶热处理，时效热处理；具体包括以下步骤：????步骤一：熔炼按下列组分及质量百分比含量配料：锡(Sn)：6～8％、铜(Cu)：1.8～2.5％、锰(Mn)：0.5～1％、铝（Al）：0～2.5％，其余为镁(Mg)；原料中各组分的纯度均超过99.99％，在坩埚中依次放入镁、锡、铝、锰含量为4％以上的镁锰中间合金、铜含量为29％以上的镁铜中间合金，加热至800?850℃，搅拌8?15分钟，静置10?15分钟成合金液体，将合金液体浇注到铸造用冷模具中形成镁锡铜合金坯料；????步骤二：均匀化及固溶热处理将镁锡铜合金坯料放入常规电阻炉，在空气或真空气氛下进行分步加热：首先在340℃?360℃保温20?30小时，然后再缓慢升温至450?470℃，保温30?48小时，冷水淬火得到均匀化的镁锡铜固溶合金；????步骤三：时效热处理????将均匀化的镁锡铜固溶合金在常规电阻炉中空气气氛下进行时效热处理，加热温度为170?250℃，保温时间为190?270小时，冷水淬火得到时效强化的耐热镁锡铜合金。...
【技术特征摘要】
1.一种含铜的耐热镁锡合金，其特征在于，该耐热合金的组分由镁、锡、铜、锰四种元素或由镁、锡、铜、锰和铝五种元素组成；各组分含量的质量百分比为: 锡(Sn):6 ~8%铜(Cu):1.8 ~2.5% 锰(Mn):0.5 ~1% 铝(Al):0 ~2.5% 其余为镁(Mg)； 所述耐热镁锡铜合金的制备方法，包括熔炼，均匀化及固溶热处理，时效热处理；具体包括以下步骤: 步骤一:熔炼 按下列组分及质量百分比含量配料:锡(Sn):6~8%、铜(Cu):1.8~2.5%、猛(Mn):`0.5~1%、铝(A1):0~2.5%，其余为镁(Mg);原料中各组分的纯度均超过99.99%，在坩埚中依次放入镁、锡、铝、...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄雪飞，张文征，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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