[发明专利]镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金，尤其涉及一种高强度铸造用镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是工业应用中最轻的结构金属，纯镁的密度为1.738g/cm³，为铝密度的2/3，钢的1/4。且镁在地壳中的储量较大，占2.7％，仅次于铝和铁。与其他金属材料相比，镁合金具有高比强度、比刚度，较强电磁屏蔽和抗辐射能力，易切削加工、易回收等一系列优点，在汽车、电子、航天及国防工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。

由于镁是密排六方晶体结构，其在室温下只有单一的滑移系，使得镁合金在常温下塑性较差，变形加工困难，因而镁合金大多以铸造方式生产。工业常用AZ91D、AM60B等压铸镁合金具有优良的室温强度和良好的铸造性能，且成本低廉。但这些镁合金的强度和韧性难以进一步提高，大大限制了这类镁合金的应用范围。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种具有较高强度和韧性的镁合金及制备该镁合金的方法。

一种镁合金，按质量计，其含有8.7％～11.8％的铝；0.63％～1.93％的锌；0.1％～0.5％的锰；0.51％～1.5％的稀土金属，其余为镁及不可避免的杂质。

该镁合金的制备方法，包含以下步骤：熔融镁合金原材料，以获得上述镁合金；将该镁合金铸造成型；将该镁合金加热至330度至420度，升温时间为30分钟至180分钟；保温0至60分钟；将该镁合金冷却至室温。

本发明的镁合金中较高含量的铝和锌是主要的强化元素，锰可以提高镁合金的耐蚀性能，而稀土金属的引入，一方面有利于提高镁合金的铸造性能，另一方面可提高镁合金晶粒界面热稳定性，阻碍晶粒在热处理过程中尺寸增大。力学性能检测结果显示，该镁合金的抗拉强度及延伸率较现有镁合金有较大提高，具有较高的强度及韧性。

附图说明

图1是牌号为AZ91D的镁合金的金相图。

图2是按照本发明实施方式制备的镁合金的金相图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的镁合金及其制备方法作进一步的详细说明。

本发明提供一种镁合金，按质量计，其含有8.7％～11.8％的铝(Al)；0.63％～1.93％的锌(Zn)；0.1％～0.5％的锰(Mn)；0.51％～1.5％的稀土金属(RE)，其余为镁(Mg)及不可避免的杂质。其中RE优选为Ce、La、Pr、Nd、Y中的一种或其组合物。

Al是镁合金主要强化元素之一。合金液缓慢冷却至室温时，Al和Mg发生共晶反应，生成α-Mg固溶强化相和β-Mg₁₇Al₁₂沉淀强化相，提高了镁合金的室温强度和硬度。此外，Al的加入还可提高镁合金的铸造性能。实验证明：如果Al的含量低于8.7％，则镁合金无法显示出良好的流动性及铸造性；而当Al的含量高于11.8％时，则会使镁合金脆性提高。Al更为优选的范围是在8.8％和10.8％之间。

Zn也是镁合金中的强化元素。Zn在Mg-Al系合金中主要以固溶状态存在于α-Mg相和β-Mg₁₇Al₁₂相中，其可提高镁合金的室温强度及改善镁合金的塑性。Zn的另一个作用是可使镁合金的腐蚀电位正移，从而降低镁合金的腐蚀速度。实验证明：Zn的含量一般控制在1.93％以下，当其含量超过1.93％时，镁合金在淬火过程中容易发生裂纹。Zn更为优选的范围是在0.63％和1.02％之间。

Mn虽然对镁合金的强度影响较小，但可提高镁合金的延伸率。在熔炼过程中添加Mn的一个重要作用是其可将部分有害的金属分离出来。例如，熔炼时，Fe与Mn结合可生成沉淀进入渣中。另外Mn还可与合金中的Fe反应析出对耐蚀性影响较小的化合物相((Fe，Mn)Al₃)，有效地提高了镁合金的耐蚀性。此外，Mn还能起到提高镁合金可焊接性的作用。由于随着Mn含量的增加，组织中将出现脆性的d-Mn相，降低镁合金的延展性，因此Mn的含量一般控制在0.5％以下。

添加在镁合金中的RE主要具有细化晶粒的作用，使原来沿晶界网状分布的β-Mg₁₇Al₁₂相转变为断续、弥散分布的短杆状或粒状，从而提高镁合金的强度及延伸率。实验证明：当RE含量小于0.51％时，晶粒细化效果不明显；但当RE含量超过1.5％时，晶粒的进一步细化不明显，反而会出现过多的Al₄RE相，使镁合金铸造性下降，成型铸件缺陷增加。RE更为优选的范围是在0.51％和1.23％之间。