[发明专利]一种含Sr耐热铸造镁合金

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种含Sr耐热铸造镁合金。

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质量、节约能源、环境友好、有利于可持续发展的理想材料。但镁合金的强度不高，耐热性能差，限制了其应用范围。由于强度低，用于汽车等领域的镁合金零部件不得不增大壁厚，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。

在高强度镁合金的合金化研究中，合金元素的添加主要集中在铝、锌、硅、锶、铜、镍、锰、锆、钙、锂和铋，或者是钪、钇和稀土元素。其强化机理主要是固溶强化或与镁形成金属间化合物强化。目前高强度耐热镁合金主要是高稀土含量的合金，由于稀土的价格在国外较高，除在航空航天业应用外，在一般行业，如汽车企业采用的不多。我国虽然是稀土大国，但和其它合金元素相比，稀土价格还是偏高。我国的许多研究者往往偏重于稀土镁合金的研究，一些研究成果中的稀土或钪、钇的含量高达10%以上，造成镁合金的价格高，限制了其推广应用。因此，当前高强耐热镁合金的开发应兼顾提高性能和降低成本两个方面因素。Si和Sn是提高镁合金耐热性能的有益元素，而且价格低廉，它们与镁反应生成的Mg₂Si和Mg₂Sn相都具有较高的熔点和硬度，不仅是合金中的强化相，而且能提高镁合金的高温性能。研究表明铸态Mg-5wt%Sn合金有较好的综合力学性能，硅的加入能形成Mg₂Si强化相，但是粗大汉字状和树枝状形态的Mg₂Si相能降低合金的室温性能，如果能细化Mg₂Si相，将进一步提高合金的力学性能。已有的研究表明加入稀土元素La、Y、Nd、Ce等能够细化Mg₂Si相，提高合金的室温和高温强度，但是稀士价格昂贵，所研发的镁合金不具有市场竞争性。加入碱土元素Sr或Ca同样可以细化Mg₂Si相，提高合金的高温性能，和稀土相比，碱土元素的价格低廉，因此含碱土元素的Mg-Si耐热镁合金是今后的发展方向之一。

最近公开的Mg-Sn-Si-La（公开号101948975）耐热镁合金专利，通过添加稀土元素La细化Mg₂Si相，同时生成新金属间化合物La₅Si₄相，虽然提高了合金的耐热性能，但是稀土元素La是一种战略资源，价格昂贵（250元/kg）。

本发明拟公开一种Mg-Sn-Si-Sr系耐热镁合金，通过添加价格低廉（40元/kg）的碱土元素Sr来细化Mg₂Si相，同时在合金中形成一种耐热性能优于Mg₂Sn的热稳定相MgSnSr，提高合金的耐热性能。Sr变质Mg₂Si相原因如下：从热力学角度，Sr增大了合金液的过冷度，使Mg₂Si相结晶核心增多，细化了晶粒；从动力学角度，Sr在镁中的固溶度低，多余的Sr富集在Mg₂Si相的生长界面前沿，使Mg₂Si相生长受到限制。Mg-Sn-Si-Sr系合金中的Mg₂Si，Mg₂Sn和MgSnSr相均具有较好的热稳定性，所以最终制备的合金具有良好的耐热性能。

发明内容

本发明提供一种含Sr耐热铸造镁合金，其目的是克服现有技术的不足，制备出成本低、室温抗拉强度≥200MPa、伸长率≥4.5%，200°C时抗拉强度≥130MPa、伸长率≥10%的耐热铸造镁合金，该合金在200°C，75MPa，100h条件下，压缩蠕变量≤0.05%。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含Sr耐热铸造镁合金，其特征在于：所述合金的组分及质量百分比为Sn：3.5%～5.5%，Si：1%～3%，Sr：0.5%～3%，余量为Mg和不可避免的杂质。

杂质元素及质量百分比为Fe≤0.005%，Cu≤0.015%，Ni≤0.002%。

镁合金的室温抗拉强度≥200MPa，伸长率≥4.5%。

200°C条件下，镁合金的抗拉强度≥130MPa，伸长率≥10%。