[发明专利]一种高强铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非稀土低成本高强度铸造镁合金及其制备方法，具体涉及一种Mg-Bi-Al-Zn-Sr合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

镁合金是目前实际应用的最轻的金属工程结构材料，纯镁的密度约为1.74g/cm³，其密度约为钢铁的1/4，锌的1/3，铝合金的2/3。镁合金所具有的较高的比强度，优良的机械切削性能和阻尼减震性能等特点满足了现代汽车工业对减重和环保的迫切需求。20世纪80年代以来，随着汽车工业的迅猛发展，大量镁合金材料开始在汽车里部件上使用，其中使用量较大的商用铸造镁合金包括AZ91D、AM60B和AS41等，这些镁合金主要应用于制备变速箱壳体，方向盘骨架和仪表盘等一般零部件。随着轻量化要求的日益迫切，汽车轮毂、转向架和前置架支撑组件等一些重要的位置上的承重结构件也迫切需要密度更低的镁合金，但是以上商用铸造镁合金抗拉强度普遍低于260MPa，其强度不足以满足承重组件对力学性能的要求。因此，开发新型高强镁合金越来越得到各个国家的重视。

现有技术中，CN1888109公开了一种高强度铸造镁合金，通过向AZ91合金中引入重量百分数为0.01～3.0wt％的Ho，提高合金的强度，室温下合金的抗拉强度在228～277.5MPa之间，延伸率在4.0～5.8％之间。CN102534330A公开了一种高强度铸造镁合金，该合金的组分的重量百分数为Gd8～14wt％、Y1～5wt％、Al0.6～2wt％，其余为镁及不可避免的杂质元素，经过固溶和时效处理后，该合金的抗拉强度在300～355MPa之间，屈服强度210～255MPa之间，延伸率在≥2-8％之间，具有较高的强度。但该合金中需要添加大量的Gd、Y等较昂贵的稀土元素，直接增加了合金的成本，并且增加了合金的密度，还会导致铸造成形性能变差。CN1752251公开了一种高强度镁合金及其制备方法，其组成成分的重量百分比分别为：Nd2.5～3.6wt％、Zr0.35～0.8wt％、Zn含量不大于0.4wt％、Ca含量不大于0.5wt％，其余为镁及不可避免杂质。该合金经过固溶和时效处理后，具有较高的力学性能，抗拉强度280～320MPa，屈服强度140～155MPa，延伸率5～12％，并且合金中同样含有较多的贵重元素(Nd2.5～3.6wt％)，间接提高了合金的成本。

由此可见，为了更好地满足汽车等行业对高强铸造镁合金的低成本、易加工、高性能的要求，发明一种兼具低成本无稀土的高强度铸造镁合金具有重要的经济和社会意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高强铸造镁合金及其制备方法。该镁合金为一种新型Mg-Bi-Al-Zn-Sr镁合金，通过添加Bi，Al，Zn和Sr元素合金化之后，配合合适的固溶处理和时效处理等热处理手段，调控合金中析出相，最终获得高强度镁合金，其原材料及制备成本低廉。

本发明的技术方案是：

一种高强铸造镁合金，是Mg-Bi-Al-Zn-Sr合金，其组分的重量百分比为：Bi3～8.0wt％；Al0.5～4.0wt％；Zn0.1～1.0wt％；Sr0.05～0.15wt％，其余为Mg。

所述的一种高强铸造镁合金的制备方法，包括以下步骤：

1)配料：以纯Mg锭、纯Bi、纯Al、纯Zn和Mg-Sr中间合金为原料，按照所述的镁合金成分进行配料；

2)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，设定炉温700～730℃并保持，待其熔化后，分别将预热到200～250℃的纯Bi、纯Al、纯Zn和Mg-Sr中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度10～20℃，保温5～10分钟，然后机械搅拌2～5分钟，再充入氩气进行精炼除气；

3)浇注：之后将炉温调低10-30℃至浇注温度,将镁合金熔体浇注到相应的模具中，制得铸态镁合金；从熔炼到浇注的整个过程中均在CO₂/SF₆混合气体保护下进行；

4)固溶：对得到的铸态镁合金进行固溶处理，在固溶处理温度为500～530℃，时间为4～12小时，用40～80℃温水淬火；固溶处理的加热和保温过程中通入惰性气体(氩气)进行保护；

5)对得到的合金进行12～48小时的时效处理，时效温度为140～200℃，得到所述高强铸造镁合金。

所述的Mg-Sr中间合金优选为Mg-5Sr中间合金。