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一种抗蠕变铸造合金及其制备方法

阅读:900发布:2023-01-23

专利汇可以提供一种抗蠕变铸造合金及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种抗蠕变 铸造 镁 合金 的制备方法,该抗蠕变铸造镁合金是在AZ91D镁合金熔液中添加Mg-Sb中间合金,经 压铸 而成,其中,以Mg-Sb中间合金中的Sb的加入量为AZ91D镁合金重量的0.1~3.0%为标准来加入Mg-Sb中间合金。该方法包括下述过程:第一步,熔铸Mg-Sb中间 合金锭 坯;第二步,将Mg-Sb中间合金锭坯 挤压 成线材或棒材;第三步,将传统的AZ91D镁合金 熔化 ,再将Mg-Sb中间合金加入AZ91D镁合金熔液中,压铸成抗蠕变铸造镁合金。该镁合金在135℃~175℃的抗蠕变性能大幅度提高,可压铸成为自动变速箱、 曲轴 箱、 齿轮 室盖、 油底壳 甚至 发动机 缸体等重要部件上,且成本低。,下面是一种抗蠕变铸造合金及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种抗蠕变铸造合金,其特征在于,所述抗蠕变铸造镁合金是在AZ91D镁合金熔液中添加Mg-Sb中间合金,经压铸而成,其中,Mg-Sb中间合金中Sb的加入量为AZ91D镁合金重量的0.1~3.0%。
2.一种制造权利要求1所述抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、熔铸Mg-Sb中间合金锭坯;
步骤2、将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯挤压成线材或棒材;
步骤3、将传统AZ91D镁合金熔化,将步骤2中得到的Mg-Sb中间合金线材或棒材切成段,预热到120~360℃,然后按Mg-Sb中间合金中的Sb的量占AZ91D镁合金重量的0.1~3.0%的比例加入到AZ91D镁合金熔液中,混合后压铸得到抗蠕变铸造镁合金。
3.根据权利要求2所述的制备抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,所述的步骤1采用的具体工艺如下:
(1)、将纯Mg和纯Sb按步骤1中Mg-Sb中间合金中各成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,将熔化炉升温到500~800℃进行预热,并向熔化炉通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯Mg预热到100~600℃,将纯Sb预热到120~360℃;
(4)、将步骤(3)中预热后纯Mg的5~50wt%加入到预热后的熔化炉中,使其在保护气体的保护下或者覆盖剂的保护下完全熔化成为熔液,然后将剩余的纯Mg分批加入到熔化炉中,每批加入量以前一批纯Mg完全熔化并淹没在熔液中为准,如此重复进行,直至全部纯Mg完全熔化,清除表面浮渣后得到镁熔液,之后将镁熔液的温度控制在680~830℃;
(5)、将预热后的纯Sb置于加料筐中一起浸入步骤(4)中的镁熔液中,控制温度为700~
830℃,待纯Sb完全熔解后得到镁合金熔液,接着采用镁合金精炼剂对镁合金熔液进行搅拌精炼,再在720~800℃下保温10~60分钟,清除表面浮渣后得到Mg-Sb中间合金熔液,其中,加料筐为由低或高铬钢制成的5~20目筛;
(6)、将步骤(5)中Mg-Sb中间合金熔液浇注到经100~250℃预热后的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成Mg-Sb中间合金锭坯,或者将Mg-Sb中间合金熔液输送到结晶器中,进行连续或半连续铸造成Mg-Sb中间合金锭坯。
4.根据权利要求3所述的制备抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,所述的步骤3中采用的压铸机与步骤1中采用的熔化炉是配套的。
5.根据权利要求2或3所述的制备抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,所述的步骤2采用的具体工艺为:采用车床加工将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯进行车光,然后采用加热炉将车光后的Mg-Sb中间合金锭坯加热到400~500℃,保温5~16小时,之后采用挤压机挤压成线材或棒材,其中,车光后锭坯直径比挤压筒内径小1~10mm,锭坯长度为其直径的1.5~3.5倍,其挤压比大于10,挤压机中挤压筒温度为350~460℃,挤压杆前进速度为
0.1~2mm/s。
6.一种权利要求2或3所述的制备抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,所述Mg-Sb中间合金锭坯中含Sb 20~50wt%,余量为Mg。
7.根据权利要求2或3所述的制备抗蠕变铸造镁合金的方法,其特征在于,所述步骤2中将Mg-Sb中间合金锭坯挤压成规格为Φ10~50mm的线材或棒材。

说明书全文

一种抗蠕变铸造合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于工业用镁合金的范畴,具体涉及一种抗蠕变铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 镁合金由于具有较小的密度(是实用结构金属中密度最小的一种)使其在许多场合具有十分显著的优势。特别是在航空、航天、以及汽车、摩托车、高速/轻轨列车等交通工具轻量化方面具有难以替代的优势。构件的密度小可以节省能源,在高速运动的场合还具有惯性小的优势,这对于交通工具的启动和制动具有显著作用。
[0003] AZ91D镁合金是目前应用最广泛、生产及使用量也最大的镁合金。该镁合金的突出特点是具有优异的压铸工艺性能、较高的综合学性能并且成本较低,这是该合金获得广泛应用的主要原因。但是该合金都具有一个缺点,就是在120℃以上温度屈服强度显著下降、抗蠕变性能特别低,制约着镁合金在自动变速箱、曲轴箱、齿轮室盖、油底壳甚至发动机缸体等汽车重要部件上的应用。

发明内容

[0004] 基于以上现有技术,本发明的目的在于提供一种抗蠕变铸造镁合金及其制备方法,该抗蠕变铸造镁合金成本比AZ91D镁合金仅有少量增加、压铸工艺性能基本保持不降低,在135℃~200℃的屈服强度、抗蠕变性能显著提高,可压铸成为高品质自动变速箱、曲轴箱齿轮室盖、油底壳甚至发动机缸体等重要部件。
[0005] 本发明还提供了一种抗蠕变铸造镁合金中所添加的Mg-Sb中间合金。
[0006] 为了实现以上目的,本发明采用的技术方案为:一种抗蠕变铸造镁合金,所述抗蠕变铸造镁合金是在AZ91D镁合金熔液中添加Mg-Sb中间合金,经压铸而成,其中,Mg-Sb中间合金中Sb的加入量为AZ91D镁合金重量的0.1~3.0%。
[0007] 本发明还提供一种制造抗蠕变铸造镁合金的方法,包括以下步骤:步骤1、熔铸Mg-Sb中间合金锭坯;
步骤2、将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯挤压成线材或棒材;
步骤3、将传统AZ91D镁合金熔化,将步骤2中得到的Mg-Sb中间合金线材或棒材切成段,预热到120~360℃,然后按Mg-Sb中间合金中的Sb的量占AZ91D镁合金重量的0.1~3.0%的比例加入到AZ91D镁合金熔液中,混合后压铸得到抗蠕变铸造镁合金。
[0008] 在本发明的制备抗蠕变铸造镁合金的方法中,在所述的步骤3中,所述的将Mg-Sb中间合金的线材或棒材切成段的步骤,是根据压铸零件对镁合金抗蠕变性能的要求,选用需要添加的合金元素Sb量、Mg-Sb中间合金中Sb的含量、以及中间合金线材或棒材的直径,并根据进行重熔铸锭的传统AZ91D镁合金的重量规格、抗蠕变镁合金需要添加的合金元素Sb量、Mg- Sb中间合金中Sb的含量、以及中间合金线材或棒材的直径,将中间合金线材或棒材定尺切成段,其中,每段中间合金线材或棒材中的Sb的含量为每传统AZ91D镁合金的中的Sb的加入的重量。
[0009] 作为优化,所述的步骤1采用的具体工艺如下:(1)、将纯Mg和纯Sb按步骤1中Mg-Sb中间合金中各成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,将熔化炉升温到500~800℃进行预热,并向熔化炉通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯Mg预热到100~600℃,将纯Sb预热到120~360℃;
(4)、将步骤(3)中预热后纯Mg的5~50wt%加入到预热后的熔化炉中,使其在保护气体的保护下或者覆盖剂的保护下完全熔化成为熔液,然后将剩余的纯Mg分批加入到熔化炉中,每批加入量以前一批纯Mg完全熔化并淹没在熔液中为准,如此重复进行,直至全部纯Mg完全熔化,清除表面浮渣后得到镁熔液,之后将镁熔液的温度控制在680~830℃;
(5)、将预热后的纯Sb置于加料筐中一起浸入步骤(4)中的镁熔液中,控制温度为700~
830℃,待纯Sb完全熔解后得到镁合金熔液,接着采用镁合金精炼剂对镁合金熔液进行搅拌精炼,再在720~800℃下保温10~60分钟,清除表面浮渣后得到Mg-Sb中间合金熔液,其中,加料筐为由低或高铬钢制成的5~20目筛;
(6)、将步骤(5)中Mg-Sb中间合金熔液浇注到经100~250℃预热后的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成Mg-Sb中间合金锭坯,或者将Mg-Sb中间合金熔液输送到结晶器中,进行连续或半连续铸造成Mg-Sb中间合金锭坯。
[0010] 本发明采用的传统AZ91D镁合金,其名义成分为:Al-9、Zn-1、Mn-0.2。
[0011] 上述步骤(5)中加料筐采用由低碳钢或高铬钢制成的5~20目筛,便于Sb的熔解和扩散;作为优化,所述的步骤3中采用的压铸机与步骤1中采用的熔化炉是配套的。
[0012] 作为优化,所述的步骤2采用的具体工艺为:采用车床加工将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯进行车光,然后采用加热炉将车光后的Mg-Sb中间合金锭坯加热到400~500℃,保温5~16小时,之后采用挤压机挤压成线材或棒材,其中,车光后锭坯直径比挤压筒内径小1~10mm,锭坯长度为其直径的1.5~3.5倍,其挤压比大于10,挤压机中挤压筒温度为350~460℃,挤压杆前进速度为0.1~2mm/s。
[0013] 在步骤2中对Mg-Sb中间合金锭坯进行车光后进行挤压,在车光过程中,根据需要制备的中间合金线材或棒材的直径,确定挤压用锭坯的直径,锭坯直径的确定原则是保证挤压比大于10,且锭坯中Sb的含量越高,采用的挤压比越大。
[0014] 作为优化,所述Mg-Sb中间合金锭坯中含Sb 20~50wt%,余量为Mg。
[0015] 作为优化,所述步骤2中将Mg-Sb中间合金锭坯挤压成规格为Φ10~50mm的线材或棒材。
[0016] 有益效果本发明提供的低成本抗蠕变铸造镁合金采用目前应用最广泛、生产及使用量也最大的镁合金AZ91D镁合金为基本合金,采取在压铸生产时,向AZ91D镁合金熔液中添加适量的Mg-Sb中间合金,其中Mg-Sb中间合金是采取熔铸-挤压方法制备的。采用本发明制得的抗蠕变铸造镁合金,其成本比AZ91D镁合金有5%~8%的增加,压铸工艺性能基本与现有AZ91D镁合金相当,满足压铸工艺要求,而本发明制得的抗蠕变铸造镁合金与现有AZ91D镁合金相比,其在135℃~175℃的屈服强度、抗蠕变性能大幅度提高,比如采用Mg-Sb中间合金中Sb的加入量为AZ91D镁合金重量的3%制得的抗蠕变铸造镁合金,其在180℃、100小时持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度,由现有AZ91D镁合金的7~9MPa,提高到25~30MPa,可应用于压铸自动变速箱壳体、大功率发动机油底壳等重要部件。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0018] 实施例1本实施例提供一种AZ91D+0.1%Sb抗蠕变铸造镁合金,其制备包括以下步骤:
步骤1、熔铸Mg-Sb中间合金锭坯,其中含Sb 20wt%,余量为Mg,其具体工艺如下:
(1)、将纯Mg和纯Sb按步骤1中Mg-Sb中间合金中各成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,将熔化炉升温到500~800℃进行预热,并向熔化炉通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯Mg预热到100~600℃,将纯Sb预热到120~360℃;
(4)、将步骤(3)中预热后纯Mg的5~50wt%加入到预热后的熔化炉中,使其在保护气体的保护下或者覆盖剂的保护下完全熔化成为熔液,然后将剩余的纯Mg分批加入到熔化炉中,每批加入量以前一批纯Mg完全熔化并淹没在熔液中为准,如此重复进行,直至全部纯Mg完全熔化,清除表面浮渣后得到镁熔液,之后将镁熔液的温度控制在680~830℃;
(5)、将预热后的纯Sb置于加料筐中一起浸入步骤(4)中的镁熔液中,控制温度为700~
830℃,待纯Sb完全熔解后得到镁合金熔液,接着采用镁合金精炼剂对镁合金熔液进行搅拌精炼,再在720~800℃下保温10~60分钟,使合金元素Sb均匀分布在镁合金熔液中,清除表面浮渣后得到Mg-Sb中间合金熔液,其中,加料筐为由低碳钢或高铬钢制成的5~20目筛;
(6)、将步骤(5)中Mg-Sb中间合金熔液浇注到经100~250℃预热后的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成直径为95mmMg-Sb中间合金锭坯;
步骤2、将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯挤压成直径为16mm的棒材,其具体工艺为:采用带锯将Mg-Sb中间合金锭坯定尺锯切成250mm长,采用车床将其直径加工成93mm,接着采用加热炉加热到410±5℃,保温6小时,之后采用6300kN的挤压机挤压得到Mg-Sb中间合金棒材,其中,挤压机中挤压筒温度为360±5℃,挤压筒内径为96mm挤压杆前进速度为1~2mm/s。
[0019] 步骤3、采用镁合金熔化炉将传统AZ91D镁合金熔化,采用剪床将步骤2中得到的Mg-Sb中间合金棒材定尺剪切成130±2mm长、约50克重的中间合金段,将10段中间合金段预热到120~200℃,然后按Mg-Sb中间合金中的Sb的量占AZ91D镁合金重量的0.1%的比例加入到100公斤AZ91D镁合金熔液中,待中间合金段完全熔化后,生成AZ91D+0.1%Sb耐热镁合金熔液,采用与镁合金熔化炉配套的压铸机压铸成为抗蠕变铸造镁合金。其中,随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在120~200℃预热后的中间合金段,每加入2块5.0kg规格的AZ91D镁合金,就同时加入1个中间合金段,如此反复,直至压铸生产结束。
[0020] 该AZ91D+0.1%Sb镁合金成本比AZ91D大约增加5%,压铸工艺性能基本与AZ91D相当,满足压铸工艺要求;在135℃、100小时持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度,由AZ91D的14~19 MPa,提高到25~30 MPa,可压铸成为1.3升以下的小排量发动机油底壳。
[0021] 实施例2本实施例提供一种AZ91D+1.0%Sb抗蠕变铸造镁合金,其制备包括以下步骤:
步骤1、熔铸Mg-Sb中间合金锭坯,其中含Sb30wt%,余量为Mg,其具体工艺如下:
(1)、将纯Mg和纯Sb按步骤1中Mg-Sb中间合金中各成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~600℃,将熔化炉升温到500~800℃进行预热,并向熔化炉通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯Mg预热到100~460℃,将纯Sb预热到120~360℃;
(4)、将步骤(3)中预热后纯Mg的5~50wt%加入到预热后的熔化炉中,使其在保护气体的保护下或者覆盖剂的保护下完全熔化成为熔液,然后将剩余的纯Mg分批加入到熔化炉中,每批加入量以前一批纯Mg完全熔化并淹没在熔液中为准,如此重复进行,直至全部纯Mg完全熔化,清除表面浮渣后得到镁熔液,之后将镁熔液的温度控制在680~830℃;
(5)、将预热后的纯Sb置于加料筐中一起浸入步骤(4)中的镁熔液中,控制温度为700~
830℃,待纯Sb完全熔解后得到镁合金熔液,接着采用镁合金精炼剂对镁合金熔液进行搅拌精炼,再在720~800℃下保温10~60分钟,清除表面浮渣后得到Mg-Sb中间合金熔液,其中,加料筐为由低碳钢或高铬钢制成的5~20目筛;
(6)、将步骤(5)中Mg-Sb中间合金熔液浇注到经100~250℃预热后的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成直径为95mmMg-Sb中间合金锭坯;
步骤2、将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯挤压成直径为20mm的棒材,其具体工艺为:采用带锯将Mg-Sb中间合金锭坯定尺锯切成250mm长,采用车床将其直径加工成93mm,接着采用加热炉加热到440±5℃,保温12小时,之后采用6300kN的挤压机挤压得到Mg-Sb中间合金棒材,其中,挤压机中挤压筒温度为390±5℃,挤压筒内径为96mm挤压杆前进速度为
0.3~1.5mm/s。
[0022] 步骤3、采用镁合金熔化炉将传统AZ91D镁合金熔化,采用剪床将步骤2中得到的Mg-Sb中间合金棒材定尺剪切成318±2mm长、约250克重的中间合金段,将20段中间合金段预热到180~260℃,然后按Mg-Sb中间合金中的Sb的量占AZ91D镁合金重量的1.0%的比例加入到150公斤AZ91D镁合金熔液中,待中间合金段完全熔化后,生成AZ91D+1.0%Sb耐热镁合金熔液,采用与镁合金熔化炉配套的压铸机压铸成为抗蠕变铸造镁合金。其中,随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在180~260℃预热后的中间合金段,每加入1块7.5kg规格的AZ91D镁合金,就同时加入1个中间合金段,如此反复,直至压铸生产结束。
[0023] 该AZ91D+1.0%Sb镁合金成本比AZ91D大约增加6%,压铸工艺性能基本与AZ91D相当,满足压铸工艺要求;在160℃、100小时持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度,由AZ91D的10~12 MPa,提高到28~35MPa,可压铸成为摩托车曲轴箱、汽车齿轮室盖。
[0024] 实施例3本实施例提供一种AZ91D+3.0%Sb抗蠕变铸造镁合金,其制备包括以下步骤:
步骤1、熔铸Mg-Sb中间合金锭坯,其中含Sb50wt%,余量为Mg,其具体工艺如下:
(1)、将纯Mg和纯Sb按步骤1中Mg-Sb中间合金中各成份的重量百分比进行备料;
(2)、将预热炉升温到160~660℃,将熔化炉升温到500~800℃进行预热,并向熔化炉通入保护气体;
(3)、在预热炉中,将纯Mg预热到100~600℃,将纯Sb预热到120~360℃;
(4)、将步骤(3)中预热后纯Mg的5~50wt%加入到预热后的熔化炉中,使其在保护气体的保护下或者覆盖剂的保护下完全熔化成为熔液,然后将剩余的纯Mg分批加入到熔化炉中,每批加入量以前一批纯Mg完全熔化并淹没在熔液中为准,如此重复进行,直至全部纯Mg完全熔化,清除表面浮渣后得到镁熔液,之后将镁熔液的温度控制在680~830℃;
(5)、将预热后的纯Sb置于加料筐中一起浸入步骤(4)中的镁熔液中,控制温度为700~
830℃,待纯Sb完全熔解后得到镁合金熔液,接着采用镁合金精炼剂对镁合金熔液进行搅拌精炼,再在720~800℃下保温10~60分钟,清除表面浮渣后得到Mg-Sb中间合金熔液,其中,加料筐为由低碳钢或高铬钢制成的5~20目筛;
(6)、将步骤(5)中Mg-Sb中间合金熔液输送到结晶器中,进行连续或半连续铸造成直径为300mm的Mg-Sb中间合金锭坯;
步骤2、将步骤1中得到的Mg-Sb中间合金锭坯挤压成直径为50mm的棒材,其具体工艺为:采用带锯将Mg-Sb中间合金锭坯定尺锯切成700mm长,采用车床将其直径加工成293mm,接着采用加热炉加热到490±5℃,保温16小时,之后采用30000kN的挤压机挤压得到Mg-Sb中间合金棒材,其中,挤压机中挤压筒温度为450±5℃,挤压筒内径为300mm挤压杆前进速度为0.1~0.5mm/s。
[0025] 步骤3、采用镁合金熔化炉将传统AZ91D镁合金熔化,采用剪床将步骤2中得到的Mg-Sb中间合金棒材定尺剪切成76±1mm长、约450克重的中间合金段,将20段中间合金段预热到250~360℃,然后按Mg-Sb中间合金中的Sb的量占AZ91D镁合金重量的3.0%的比例加入到150公斤AZ91D镁合金熔液中,待中间合金段完全熔化后,生成AZ91D+3.0%Sb耐热镁合金熔液,采用与镁合金熔化炉配套的压铸机压铸成为抗蠕变铸造镁合金。其中,随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在250~360℃预热后的中间合金段,每加入1块7.5kg规格的AZ91D镁合金,就同时加入1个中间合金段,如此反复,直至压铸生产结束。
[0026] 该AZ91D+3.0%Sb镁合金成本比AZ91D大约增加8%,压铸工艺性能基本与AZ91D相当,满足压铸工艺要求;在175℃、100小时持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度,由AZ91D的7~9 MPa,提高到30~35MPa,可压铸成为轿车自动变速箱。
[0027] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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