[发明专利]一种晶粒细化型铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料铸造技术领域，尤其是涉及一种通过晶粒细化、达到提高镁合金强度的铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有比重小（1.75～1.85×10³kg/m³，约为铝的64％,钢的23％)、比强度和比刚度高、阻尼性和切削加工性好、冲击功吸收大，以及易回收利用等优点，在汽车、航空航天、电子等领域得到日益广泛的应用，被认为是一种有效减轻重量、节约能源、环境友好、有利于可持续发展的理想材料。但是普通镁合金的强度不高，不能用于重要结构件的制造；在高温下使用性能明显下降，长期工作温度不能超过120℃。其缺点限制了其应用范围。目前工业化应用的镁合金零件中的绝大部分是用铸造方法成形的。随着铸造镁合金应用领域的扩展，对铸造镁合金的常温和高温力学性能提出了更高的要求。现有的铸造镁合金不足之处是绝对强度比较低，例如目前应用很广的铸造镁合金AZ91抗拉强度最高达到280Mpa，强度最高的美国标准牌号铸造镁合金ZK61抗拉强度最高也只能达到300Mpa。由于在高温条件下使用的工件对镁合金有很大需求，目前获得广泛工程应用的高温强度最好的WE系列稀土耐热镁合金，其工作温度可以达250℃。然而随航空航天和汽车制造业进一步发展，对铸造镁合金的常温和高温力学性能提出了更高的要求，例如发动机气缸盖、缸体、活塞裙和油盘，导弹壳体等。需要发展常温抗拉强度达到300Mpa以上，能够在300℃以上温度下具有比WE系列合金更高强度的新型高强度铸造镁合金。因此提高镁合金的强度和耐热性，使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点。发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种晶粒细化型耐热铸造镁合金为本发明目的之一，该镁合金以ZrC和HfC为主要合金化元素，以Al、Mn、Zn、Ca、Y、Sr为辅助合金化元素，晶粒细化后使镁合金强度得到大大提高，耐热性能优异；提供上述晶粒细化型镁合金制备方法是本发明的目的之二，该方法通过晶粒细化提高镁合金强度，且采用该方法进行镁合金铸造件的加工，在工装和模具设计上可采用铝合金的成熟设计经验，甚至可达到互换程度，有助于推动镁合金的广泛应用。采用的技术方案是：一种晶粒细化型铸造镁合金，其特征在于：所述镁合金的各组成成份包括ZrC、HfC、Al、Mn、Zn、Ca、Y、Sr；各组成成份质量百分比是：ZrC0.2%～1.5％,HfC0.2%～1.5％，Al5%～9％，Mn l％～3％，Zn0.8％～1.5％，Ca1％～3％，Y l.5％～3.5％，Sr0.5%～1.2％，余量为Mg和不可避免的杂质。

本发明的技术特征还有：所述不可避免的杂质包括:Fe<0.006%,Cu<0.005%,Ni<0.002%,Si<0.01。

本发明的技术方案还有：所述制备方法包括以下步骤：

（1）配料：ZrC0.2%～1.5％,HfC0.2%～1.5％，Al5%～9％，Mn l％～3％，Zn0.8％～1.5％，Ca1％～3％，Y l.5％～3.5％，Sr0.5%～1.2％，余量为Mg和不可避免的杂质，以上百分比为质量百分比；

（2）熔炼：采用铁坩埚，在普通电阻炉中进行熔炼，首先熔炼金属Mg，待Mg全部熔化，向熔体中加入称量好并经预热的ZrC、HfC粉末；再加入称量好并经预热的纯金属Al、金属Mn、金属Zn、金属Ca、金属Y和金属Sr，控制熔炼温度720℃～770℃，得到液态金属；

（3）浇铸：将步骤（2）所述液态金属快速冷却至710℃～750℃后向模具内浇注，并保证45min内浇铸完毕；

（4）热处理：将步骤（3）所得产物在380℃～420℃下，固溶4～8小时；然后在220℃～250℃下，时效6～24小时，得到所述耐热铸造镁合金。

本发明的技术方案还有：步骤（2）中金属Ca采用多孔钟罩压入。

本发明的技术方案还有：步骤（2）中熔炼过程中采用Cl盐熔盐作为熔炼保护层。

本发明的技术方案还有：步骤（3）中的浇铸，在正常铸造工艺下伴随搅拌震动，模型采用Cu模型且模外水冷。

本发明的技术方案还有：步骤（3）中的模具为铝合金铸造模具。