[发明专利]一种新型非稀土铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，特别涉及一种低成本非稀土型铸造镁合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金及生物医用镁合金材料。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度高、比刚度高，电磁屏蔽性能好，铸造性能优良，容易切削加工及易于回收再利用等诸多优点，得到了日益广泛的应用。在现有镁合金的应用中，铸造镁合金所占的比例达到90％以上，主要用于汽车、飞机、3C产品和军事领域中以满足减重、吸噪、减震和防辐射的要求。在汽车工业中，减少汽车自重将提高燃油利用率，并降低废气排放。汽车所用燃料的60％消耗于汽车的自重，汽车每减重10％，耗油将减少8-10％。同时汽车轻量化可以增加车辆的运载能力和有效载荷，还可以改善刹车和加速性能，极大地改善车辆的噪音和振动现象。使用量较大的商用铸造镁合金包括AZ91D、AM50、AM60B、AS41和AE42等，但镁合金的强度不高，这使得采用镁合金作为受力部件的零件不得不增大壁厚，这增加了成本，并且削弱了轻量化的优势，从而制约了镁合金的进一步推广应用；此外，高Al含量的镁合金零件在高温下的使用性能明显下降，长期工作温度不能超过120℃。因此迫切需要开发低成本高强镁合金来解决上述问题。

通过在镁合金中引入大量的的强化相，同时细化晶粒，可以实现镁合金的强化与韧化，开发出具有较高强度的镁合金。现有技术中，CN102978497A公开了一种高强韧铸造镁合金，其组成成分的重量百分比分别为：Zn6.0～8.0％、Al0.5～1.5wt％、Cu0.5～1.0％、Mn0.3～0.7％，其余为镁及少量不可避免杂质元素，经过固溶和时效处理后合金的抗拉强度不小于305MPa，屈服强度不小于205MPa，延伸率在不小于10％，具有优良的综合力学性能。但该合金含有Cu等熔点较高的纯金属金属作原料，并且要配合长时间(不小于24小时)的固溶处理和双级时效处理，制备工艺复杂。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Gd8～14％、Y1～5％、Al0.6～2％，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，但延伸率较低，并且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％)，提高了合金的成本，并且对环境有污染。这些成本较高的镁合金难以大批量商业化应用。

因此，通过开发非稀土铸造镁合金，进而获得低成本高强度镁合金，有利于降低镁合金的成本，推动镁合金在汽车等产品的零部件上的应用，具有重要的经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的为针对现有高强铸造镁合金存在的使用多种高稀土元素或高价合金元素导致成本过高，密度偏高，并且导致合金铸造性能变差以至于难以商业化推广应用等问题，提供一种新型非稀土铸造镁合金及其制备方法，该镁合金为一种新型的Mg-Bi-Zr-Zn镁合金，在熔炼过程中以Mg-Zr中间合金的形式加入Zr元素，使Zr元素能够较容易地加入到合金中，从而在Mg-Bi系合金中强烈的细化作用，使镁合金具有优良的综合力学性能，同时原材料及加工成本低廉，易实现大批量生产。

本发明的技术方案是：

一种新型非稀土铸造镁合金，为Mg-Bi-Zr-Zn合金，其组分的重量百分比为：Bi0.5～8wt％；Zr0.35～1.0wt％；Zn0.1～2.0wt％，余量为Mg。

所述的新型非稀土铸造镁合金的制备方法，包括以下步骤：

1)配料：以纯Mg锭、纯铋块、纯锌块和Mg-Zr中间合金为原料，按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，待其融化后，分别将预热到200～250℃的纯铋块、纯锌块和Mg-Zr中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度10～20℃，并保温10～15分钟，然后搅拌2～5分钟；