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。
传统的镁合金如AZ91D、AM50B、AM60B等获得了广泛的应用,其 中,AZ91D的名义成分为:Al-9、Zn-1、Mn-0.3(即Al 9重量%、Zn 1重量%、Mn 0.3重量%、余量为Mg);AM50B的名义成分为:Al-5、 Mn-0.4(即Al 5重量%、Mn 0.4重量%、余量为Mg);AM60B的名义 成分为:Al-6、Mn-0.4(即Al 6重量%、Mn 0.4重量%、余量为Mg)。 这些镁合金依然是目前应用量最大的几种镁合金。这类镁合金的突出 特点是具有优异的
压铸工艺性能,这是它们获得广泛应用的主要原因 之一。但是这些合金都具有一个缺点,就是在120℃以上
温度的抗蠕 变性能特别低。另一方面,现有的抗蠕变、耐热镁合金,例如EQ21、 QE22、WE43、WE54等,由于这些合金中含有大量的稀土元素、稀 有金属锆或贵金属
银,比如EQ21合金中,含稀土1.3~3.0重量%、 含银1.3~1.7重量%、含锆0.4~1.0重量%,该合金的成本是AZ91D 的4倍以上;再如WE43合金中,含稀土2.4~4.4重量%、含钇3.7~ 4.3重量%、含锆0.4~1.0重量%,该合金的成本是AZ91D的2倍以 上。制约着镁合金在
发动机缸体、自动变速箱、
曲轴箱、
齿轮室盖、
油底壳等重要部件上的应用。
本发明的目的是提供低成本含Si和C的抗蠕变镁合金,该抗蠕 变镁合金成本比AZ91D、AM50B、AM60B等有少量增加、压铸工艺性能 基本保持不降低,在120℃~200℃的抗蠕变性能大幅度提高,可以 满足该镁合金在发动机缸体、自动变速箱、曲
轴箱、
齿轮室盖、油底 壳等重要部件上的应用。
本发明的另一个目的是提供一种低成本含Si和C的抗蠕变镁合 金零部件的制备方法。
本发明的再一个目的是提供一种用于制备含Si和C的抗蠕变镁 合金所使用的
碳化
硅。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种含Si和C的抗蠕变镁合金,该镁合金是在AZ91D、AM50B或 AM60B熔液中添加碳化硅,即SiC,经压铸而成,其中,所得到的镁 合金中Si含量为0.1~2.0重量%、C含量为0.04~0.86重量%。上 述的AZ91D名义成分为:Al-9、Zn-1、Mn-0.3(即Al 9重量%、Zn 1 重量%、Mn 0.3重量%、余量为Mg)、AM50B名义成分为:Al-5、Mn-0.4 (即Al 5重量%、Mn 0.4重量%、余量为Mg)、AM60B名义成分为: Al-6、Mn-0.4(即Al 6重量%、Mn 0.4重量%、余量为Mg)。
制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法,该方法包括下述过程:
第一步,将碳化硅预热到100℃~700℃;
第二步,将传统的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金
熔化,并将熔 液
温度控制在650℃~800℃,按照所要得到的镁合金中Si 0.1~2.0 重量%的含量、C 0.04~0.86重量%的含量,计算碳化硅的加入量, 将预热后的碳化硅加入AZ91D、AM50B或AM60B熔液中,用搅拌棒或 者扒渣勺对熔液搅拌1~30分钟,所用的碳化硅颗粒尺寸越大搅拌的 时间越长,待碳化硅完全熔化后,生成含Si和C的镁合金熔液,将 熔液温度控制在660℃~780℃,再压铸成镁合金零部件。
在所述的第二步过程中,所述的AZ91D、AM50B或AM60B镁合金 熔化是在与
压铸机配套的镁合金
熔化炉中进行的。
在制备含Si和C的抗蠕变镁合金的方法中,需要连续生产,就 要不断地向含Si和C的镁合金熔液中补充AZ91D、AM50B或AM60B镁 合金,和预热后的碳化硅。在连续生产含Si和C的抗蠕变镁合金及 其压铸件过程中,根据
重熔AZ91D、AM50B或AM60B镁合金
铸锭重量 规格、以及AZ91D、AM50B或AM60B镁合金中所需要添加的碳化硅重 量,用定量容器将预热后的碳化硅分成若干等份,其中,每份碳化硅 的重量为每
块重熔铸锭中需加入的碳化硅的重量,并且每加入1块重 熔铸锭就同时用定量容器加入1份预热后的碳化硅,一起加入含Si 和C的镁合金熔液中,如此反复,直至压铸生产结束。
本发明低成本抗蠕变镁合金制备方法是以传统的镁合金如 AZ91D、AM50B、AM60B为基本合金,采取在压铸生产时,向AZ91D或 AM50B或AM60B熔液中添加适量的碳化硅颗粒,其中碳化硅耐火材料 或者
磨料用的碳化硅颗粒。所述的碳化硅颗粒尺寸为0.2mm~20mm。
本发明的优点是:采用本发明方法制备的含Si和C的抗蠕变镁 合金,其成本比AZ91D、AM50B、AM60B等只有少量增加,大约增加 0.2%~5%;压铸工艺性能基本与原镁合金相当,满足压铸工艺要求; 在150℃~175℃的抗蠕变性能大幅度提高,比如对于AZ91D+1.0%Si +0.43%C(即Si 1.0重量%、C 0.43重量%、余量为AZ91D)含Si和 C的镁合金,在150℃、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12~17MPa,提高到35~50MPa,可 以满足该镁合金在齿轮室盖、油底壳等重要部件上的应用。
实施例1:压铸生产用AZ91D+0.1%Si+0.04%C(即Si 0.1重量 %、C 0.04重量%、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1)、采用预热炉预热碳化硅,碳化硅为碳化硅颗粒,颗粒尺寸 为0.2mm~2mm,将碳化硅颗粒预热到120℃~260℃;
(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉,将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化,并将熔液温度控制在660℃~700℃,向熔液中加 入210克在160~260℃预热后的碳化硅颗粒,颗粒尺寸为0.2mm~ 2mm,用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌1~5分钟,所用的碳化硅颗粒 尺寸越大搅拌的时间越长,待碳化硅颗粒完全熔化后,对生成的熔液 进行浇注
光谱试样,进行炉前分析,如果成分和含量不合格,可加料 调整,直至合格,生成的熔液就是AZ91D+0.1%Si+0.04%C镁合金熔 液,将熔液温度控制在670℃~710℃,可以进行压铸生产;
(3)、随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在160~260 ℃预热后的碳化硅颗粒,每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭, 就同时用定量容器加入11克预热后的碳化硅颗粒,如此反复,直至 压铸生产结束。
该AZ91D+0.1%Si+0.04%C镁合金成本比AZ91D大约增加0.2%, 压铸工艺性能基本与AZ91D相当,满足压铸工艺要求;在120℃、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14~17MPa,提高到27~32MPa,可以满足该镁合金在1.0升以 下的小
排量发动机油底壳上的应用。
实施例2:压铸生产用AZ91D+2.0%Si+0.86%C(即Si 2.0重量 %、C 0.86重量%、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1)、采用预热炉预热碳化硅,碳化硅为碳化硅颗粒,颗粒尺寸 为2mm~20mm,将碳化硅颗粒预热到300℃~680℃;
(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉,将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化,并将熔液温度控制在750℃~790℃,向熔液中加 入4.3公斤在160~260℃预热后的碳化硅颗粒,颗粒尺寸为2mm~ 20mm,用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌10~30分钟,所用的碳化硅 颗粒尺寸越大搅拌的时间越长,待碳化硅颗粒完全熔化后,对生成的 熔液进行浇注光谱试样,进行炉前分析,如果成分和含量不合格,可 加料调整,直至合格,生成的熔液就是AZ91D+2.0%Si+0.86%C镁合 金熔液,将熔液温度控制在720℃~770℃,可以进行压铸生产;
(3)、随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在160~260 ℃预热后的碳化硅颗粒,每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭, 就同时用定量容器加入214克预热后的碳化硅颗粒,如此反复,直至 压铸生产结束。
该AZ91D+2.0%Si+0.86%C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200℃、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5~7MPa,提高到25~30MPa,可以满足该镁合金在1.0~1.6升 排量发动机缸体的应用。
实施例3:压铸生产用AZ91D+1.0%Si+0.43%C(即Si1.0重量 %、C 0.43重量%、余量为AZ91D)镁合金熔炼方法
(1)、采用预热炉预热碳化硅,碳化硅为碳化硅颗粒,颗粒尺寸 为1mm~10mm,将碳化硅颗粒预热到150℃~460℃;
(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉,将150公斤传统的 AZ91D镁合金熔化,并将熔液温度控制在690℃~730℃,向熔液中加 入2.15公斤在160~260℃预热后的碳化硅颗粒,颗粒尺寸为1mm~ 10mm,用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5~20分钟,所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长,待碳化硅颗粒完全熔化后,对生成的熔 液进行浇注光谱试样,进行炉前分析,如果成分和含量不合格,可加 料调整,直至合格,生成的熔液就是AZ91D+1.0%Si+0.43%C镁合金 熔液,将熔液温度控制在680℃~730℃,可以进行压铸生产;
(3)、随着压铸生产的进行,需要不断补充AZ91D和在160~260 ℃预热后的碳化硅颗粒,每加入1块7.5kg规格的AZ91D重熔铸锭, 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒,如此反复,直至 压铸生产结束。
该AZ91D+1.0%Si十0.43%C镁合金成本比AZ91D大约增加2.5%, 压铸工艺性能基本与AZ91D相当,满足压铸工艺要求;在150℃、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9~11MPa,提高到32~35MPa,可以满足该镁合金在轿车自动变 速箱的应用。
实施例4:压铸生产用AM60B+1.0%Si+0.43%C(即Si1.0重量 %、C 0.43重量%、余量为AM60B)镁合金熔炼方法
(1)、采用预热炉预热碳化硅,碳化硅为碳化硅颗粒,颗粒尺寸 为1mm~10mm,将碳化硅颗粒预热到150℃~460℃;
(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉,将150公斤传统的 AM60B镁合金熔化,并将熔液温度控制在710℃~750℃,向熔液中加 入2.15公斤在160~260℃预热后的碳化硅颗粒,颗粒尺寸为1mm~ 10mm,用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5~20分钟,所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长,待碳化硅颗粒完全熔化后,对生成的熔 液进行浇注光谱试样,进行炉前分析,如果成分和含量不合格,可加 料调整,直至合格,生成的熔液就是AM60B+1.0%Si+0.43%C镁合金 熔液,将熔液温度控制在680℃~730℃,可以进行压铸生产;
(3)、随着压铸生产的进行,需要不断补充AM60B和在160~260 ℃预热后的碳化硅颗粒,每加入1块7.5kg规格的AM60B重熔铸锭, 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒,如此反复,直至 压铸生产结束。
该AM60B+1.0%Si+0.43%C镁合金成本比AM60B大约增加2.5%, 压铸工艺性能基本与AM60B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AM60B 的7~9MPa,提高到32~35MPa,可以满足该镁合金在摩托车曲轴 箱的应用。
实施例5:压铸生产用AM50B+1.0%Si+0.43%C(即Si 1.0重量 %、C 0.43重量%、余量为AM50B)镁合金熔炼方法
(1)、采用预热炉预热碳化硅,碳化硅为碳化硅颗粒,颗粒尺寸 为1mm~10mm,将碳化硅颗粒预热到150℃~460℃;
(2)、采用与压铸机配套的镁合金熔化炉,将150公斤传统的 AM50B镁合金熔化,并将熔液温度控制在720℃~760℃,向熔液中加 入2.15公斤在160~260℃预热后的碳化硅颗粒,颗粒尺寸为1mm~ 10mm,用搅拌棒或者扒渣勺对熔液搅拌5~20分钟,所用的碳化硅颗 粒尺寸越大搅拌的时间越长,待碳化硅颗粒完全熔化后,对生成的熔 液进行浇注光谱试样,进行炉前分析,如果成分和含量不合格,可加 料调整,直至合格,生成的熔液就是AM50B+1.0%Si+0.43%C镁合金 熔液,将熔液温度控制在680℃~730℃,可以进行压铸生产;
(3)、随着压铸生产的进行,需要不断补充AM50B和在160~260 ℃预热后的碳化硅颗粒,每加入1块7.5kg规格的AM50B重熔铸锭, 就同时用定量容器加入107克预热后的碳化硅颗粒,如此反复,直至 压铸生产结束。
该AM50B+1.0%Si+0.43%C镁合金成本比AM50B大约增加2.5%, 压铸工艺性能基本与AM50B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AM50B 的6.5~8.5MPa,提高到31~34MPa,可以满足该镁合金在较小排 量摩托车
曲轴箱的应用。