[发明专利]一种Mg-Zn-Al-RE-Ca耐热镁合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻金属结构材料，尤其是涉及一种耐热镁合金。

背景技术

镁合金具有密度小，比强度高等优点，被广泛的应用于汽车、航空航天等领域。但是，铸造镁合金普遍存在强度较低、高温耐热性能不足等问题，限制了其大规模应用。目前应用较多的铸造镁合金主要为Mg-Al-Zn(Mn)体系。由于热裂、耐腐蚀性能等原因，Mg-Al-Zn(Mn)体系镁合金中Zn元素的含量被限制在1％以内(质量百分数)。研究发现，通过选择合适的Zn/Al比值，高锌含量Mg-Zn-Al合金同样具有良好的铸造性能及耐腐蚀性能。并且，该种合金的高温力学性能优于传统的低锌Mg-Al-Zn(Mn)合金，被认为是一种低成本的耐热镁合金体系。然而，由于Mg-Zn-Al合金的铸造性能(如抗热裂性能)对铸造工艺极其敏感，而且大量粗大、硬脆共晶第二相的形成导致合金的室温塑性较差，因此该体系合金一直未得到大规模推广应用。

微量或少量碱土金属元素(Ca和Sr等)的加入可以提高Mg-Zn-Al体系合金的耐热性能，但是会给合金带来粘模等铸造问题。在Mg-Zn-Al合金中加入较高含量的轻稀土(或混合轻稀土)可以减少或抑制低熔点、粗大共晶第二相，生成高热稳定性的Al₂REZn₂、Al₂RE和Al₁₁RE₃(RE为稀土)等第二相。而且，通过控制Zn、Al及RE的含量，Mg-Zn-Al-RE合金具有良好的铸造性能以及室温和高温强塑性。因此，进一步降低成本，发展通过稀土合金化和其它合金化元素共同作用改善Mg-Zn-Al合金铸造性能及力学性能的合金化方法，具有重要的工程应用价值。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种Mg-Zn-Al-RE-Ca耐热镁合金，由以下的组分(质量百分数)组成：锌2-8％、铝2-8％、稀土0.1-4％、钙0.1-4％、杂质元素含量少于0.2％，其余为镁。

本发明的有益效果包括：

1)锌是主要合金化元素，锌的添加可以改善合金的塑性，锌在镁中 的最大固溶度(质量百分数)为6.2％，且固溶度随温度的降低而减小,具有固溶强化和时效强化的双重作用，而且Zn在蠕变过程中向晶界偏聚，从而限制位错蠕变。

2)铝是主要的合金化元素，可以改善镁合金的流动性，从而提高铸造性能。

3)稀土在本发明中有双重作用：首先，稀土在本发明中是用于提高耐热性能的元素，稀土加入后与Zn、Al生成Al₂RE和Al₂REZn₂等高熔点第二相；而且稀土能提高Mg-Zn-Al-Ca的铸造性能。

4)钙是本发明中用于提高耐热性能的元素，钙加入后生成Ca₂Mg₆Zn₃,Al-Ca和Al-Mg-Ca等高热稳定性第二相。而且，钙的添加可以细化枝晶组织,从而提高室温和高温力学性能。此外，钙的成本低廉，可用于工业生产。

附图说明

图1显示了本发明的实施例1－4的室温拉伸力学性能。

图2显示了本发明的实施例1－4的高温拉伸力学性能。

图3显示了本发明的实施例1－4的差示扫描量热法测定的加热曲线。

图4显示了本发明的实施例1和3-6的样品实物的铸件表面质量。

图5显示了本发明的实施例3的铸态组织。

具体实施方式

本发明提供一种Mg-Zn-Al-RE-Ca耐热镁合金，该耐热镁合金具有高温强度好，铸造性能优良，低成本等特点。

一种Mg-Zn-Al-RE-Ca耐热镁合金，其特征在于包括锌、铝、稀土、钙和镁，其配比(质量百分数)为：锌2-8％，铝2-8％，稀土：0.1％-4％，钙：0.1％-4％；本发明实施例所用的稀土和钙分别以Mg-RE和Mg-Ca中间合金的形式加入,中间合金的成分(质量百分数)为Mg-30RE,Mg-20Ca。本发明实例所涉及到的原料镁(Mg)、锌(Zn)、铝(Al)中间合金Mg-RE和Mg-Ca均为市场售品。原料的纯度为Mg:99.9％；Al:99.9％；Zn:99.9％；Mg-30RE:99.5％；Mg-20Ca:99.5％。

实施例1

配料：