一种耐热镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种耐热镁合金，同时还涉及一种耐热镁 合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 镁及镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度和比刚 度、优异阻尼减震性能以及良好散热性的优点，在许多领域应用都有十分显著的优势。目前 商用镁合金基本上可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。在铸造镁合金中AZ系由于具 有低廉的价格和良好的铸造工艺而应用最为广泛，主要有AZ91系列和AM60/50系列。其中 AZ91D 含有 8. 3%~9. 7% 的 Α1，0· 15%~0· 50% 的 Μη，0· 35%~L 0% 的 Zn，余量为 Mg 和 不可避免的杂质，极限抗拉强度为240~25010^416(?含有5.5%~6.5%的41，0.24%~ 0. 60 %的Mn，不超过0. 22 %的Zn，余量为Mg和不可避免的杂质，极限抗拉强度为225~ 240MPa ;AM50A 含有 4. 4 % ~5. 5 % 的 Al，0· 26 % ~0· 60 % 的 Mn，不超过 0· 22 % 的 Zn，余量 为Mg和不可避免的杂质，极限抗拉强度为210~230MPa。
[0003] 上述镁合金的耐热性能都较差，当环境温度超过120°C后，镁合金的强度会陡然下 降，限制了其在许多工业设备和产品上的应用。为了扩大镁合金的应用范围和领域，科研 工作对现有的镁合金进行了大量探索研究，尽管许多科研工作对现有镁合金进行了许多改 性，但是应用性并不理想。
[0004] 现有技术中，CN104674092A公开了一种含Sm的Mg-Al-Zn系耐热镁合金，各组分及 其重量百分数为：Al为2~11%，Zn为L 5~3%，Sm为L 8~4%，Ag为0· 2~L 8%， Ca 为 0· 1 ~L 9 %，Sr 为 0· 1 ~0· 7, Sn 为 0· 1 ~0· 9 %，Ti 为 0· 1 ~0· 5 %，余量为 Mg。 该镁合金通过引入适量稀土元素 Sm、碱土元素 Ca和Sr以及其他元素 Ag、Sn、Ti，通过多组 元微合金化的方法对合金进行改性，并将得到的铸态合金进行热处理，所得Mg-Al-Zn系合 金具有较高的室温和高温抗拉强度，屈服强度和塑性也得到一定的改善。但是，上述镁合金 所用合金元素种类多，合金成分复杂，熔炼混合过程不易控制；所用合金元素种类多，个别 元素成本较高，造成镁合金整体成本较高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种耐热镁合金，合金元素种类少，成本低。
[0006] 本发明的第二个目的是提供一种耐热镁合金的制备方法。
[0007] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0008] -种耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：3%~9% Al，2%~9% Sn， 1 %~5% Sm，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0009] 优选的，所述的耐热镁合金由以下质量百分比的组分组成：7% A1，5% Sn，4% Sm， 余量为Mg和不可避免的杂质。
[0010] 上述耐热镁合金中，杂质的质量含量低于0. 1%。
[0011] 所述耐热镁合金是以纯镁、纯铝、纯锡与中间合金Mg-Sm为原料熔炼铸造并经热 处理制备而成。
[0012] 所述纯镁为纯镁锭；所述纯铝为纯铝锭；所述纯锡为纯锡粒。
[0013] -种上述的耐热镁合金的制备方法，包括下列步骤：
[0014] 1)将纯镁、纯铝、纯锡与中间合金Mg-Sm进行预热；
[0015] 2)将预热后的纯镁、纯铝、纯锡在0)2与SF 6混合气体保护下熔化，加热至700~ 720°C时加入中间合金Mg-Sm，保温至合金全部熔化后去除表面浮渣；后升温至730~ 740°C，搅拌，再降温至690~70(TC并保温，得合金液；
[0016] 3)将步骤2)所得合金液浇注至模具中，得铸态合金；
[0017] 4)对步骤3)所得铸态合金进行热处理，即得所述耐热镁合金。
[0018] 步骤1)中，所述预热的温度为180~200°C，预热时间为1~2h。
[0019] 步骤2)中，在690~700°C保温4~8min。
[0020] 步骤3)中，所述模具为金属模具；模具使用前经过预热，所述预热的温度为250~ 300。。。
[0021] 步骤4)中，所述热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理。
[0022] 所述固溶处理的温度为430~440°C，处理时间为15~20h，后热水淬火至室温； 所述热水的温度为80~100°C。所述固溶处理在氧化镁粉末覆盖下进行，防止氧化燃烧。
[0023] 所述时效处理的温度为220~260°C，处理时间为16~24h，后空冷至室温。
[0024] 镁铝系镁合金是目前工业上应用最为广泛的镁合金，该系列合金具有较好的的室 温力学性能、铸造性及机加工性能。本发明的耐热镁合金，Al元素为该合金的第一组分， 是镁合金重要的合金元素，在镁中有大的固溶度，其强化作用表面在两方面，一是通过形成 Mg17Al12金属间化合物的第二相强化，二是通过Al原子在镁基体中形成固溶体的固溶强化。 镁铝锌系镁合金中的Mg 17A^g热稳定性较差，高温下易于软化，使得该合金的高温性能 较差。Sn作为镁合金重要的合金元素，Sn在共晶温度561°C时的固溶度为14. 58%，而在 200°C时的固溶度仅仅为0. 45%，因此Sn在镁合金中具有较好的固溶强化和析出强化效 果，且Sn在镁合金中能够形成高熔点的Mg2Sn金属间化合物，具有弥散强化效果，因此合金 中Sn的添加量定为2~9%，最优重量百分比为5%。本发明的耐热镁合金中，Sm作为重要 的添加元素，Sm在Mg合金中的固溶度较大，具有较好的析出强化效果，同样在镁合金中能 够形成高熔点的金属间化合物，为保证合金得到良好的时效析出强化和固溶强化效果，Sm 的加入量不低于Iwt%，同时为了避免合金密度增加太多，以及合金过分脆化，Sm的加入量 不高于6wt%，因此合金中Sm的添加量定为1~5%，最优重量百分比为4%。
[0025] 本发明的耐热镁合金，含有3%~9%的Al、2%~9%的Sn、1 %~5%的Sm，余量 为Mg和不可避免的杂质；该镁合金的合金元素种类少，成本低；合金成分简单，熔炼混合 过程易于控制，降低了制备的难度；所得镁合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，具有 较高的室温、高温抗拉强度和屈服强度，在200°C时抗拉强度在206MPa以上，屈服强度在 162MPa以上，同时塑性也得到较大改善，具有较高的性价比。
[0026] 本发明的耐热镁合金的制备方法，通过熔炼的方法在Mg-Al系合金中添加适量的 Sm和Sn，对合金进行改性，并将得到的铸态合金进行热处理，所得镁合金显微组织均匀，析 出相分布均匀弥散，具有较高的室温和高温抗拉强度，塑性也得到较大改善；该制备方法工 艺简单，操作方便，过程易于控制，适合大规模工业化生产。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例的耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7% Al，5% Sn，4% Sm，余 量为Mg和不可避免的杂质。
[0030] 本实施例的耐热镁合金的制备方法，包括下列步骤：
[0031 ] 1)将纯镁锭、纯铝锭、纯锡粒与中间合金Mg-Sm置于200°C的干燥箱中进行干燥预 热，预热时间为Ih ;
[0032] 2)将预热后的纯镁锭、纯铝锭、纯锡粒在C02+SF6M合气体保护下熔化，加热至 710°C时加入中间合金Mg-Sm，保温lOmin，至合金全部熔化后去除表面浮渣；将温度升至 730°C后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至690°C并保温5min，得合金液；
[0033] 3)将步骤2)所得合金液浇注至预热后的金属型模具中，得铸态合金；所述金属型 模具的预热温度为300°C ;
[0034] 4)对步骤3)所得铸态合金进行热处理，所述热处理是对铸态合金依次进行固溶 处理和时效处理，所述固溶处理的温度为430°C，处理时间为16h (固溶处理在氧化镁粉末 覆盖下进行，防止氧化燃烧），后用80°C的热水淬火至室温；所述时效处理的温度为230°C， 处理时间为18h，后空冷至室温，即得所述耐热镁合金。
[0035] 实施例2
[0036] 本实施例的耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：4% Al，6% Sn，3% Sm，余 量为Mg和不可避免的杂质。
[0037] 本实施例的耐热镁合金的制备方法，包括下列步骤：
[0038] 1)将纯镁锭、纯铝锭、纯锡粒与中间合金Mg-Sm置于180°C的干燥箱中进行干燥预 热，预热时间为2h ;
[0039] 2)将预热后的纯镁锭、纯铝锭、纯锡粒在C02+SF6M合气体保护下熔化，加热至 720 °C时加入中间合金Mg-Sm，保温7min，至合金全部熔化后去除表面浮渣；将温度升至 740°C后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至700°C并保温4min，得合金液；
[0040] 3)将步骤2)所得合金液浇注至预热后的金属型模具中，得铸态合金；所