[发明专利]一种含Ca和Sr的耐热变形镁合金

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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，其中已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，已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步的扩展应用。

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 Lǔ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。

发明内容

本发明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的耐热变形镁合金，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β-Mg₁₇Al₁₂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。

本发明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：

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。

本发明中，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％。

本发明所述含Ca和Sr的耐热变形镁合金的组分中不含稀土元素。