本發(fā)明提供了一組用于高溫應(yīng)用的基于鎂的合金，所述基于鎂的合金結(jié)合了優(yōu)異的可澆鑄性和良好的抗蠕變、高延展性和沖擊強度，以及出眾的耐腐蝕性。本發(fā)明的合金優(yōu)選專用于高壓壓鑄工藝。本發(fā)明提供通過高壓壓鑄以錠料形式制備上述合金的方法。

背景技術(shù)：

旨在減少車輛重量的鎂合金的使用正逐年增長，這是由于它們特別有利的一系列性質(zhì)，例如低密度、高強度/重量比、良好的可澆鑄性、易機械加工性和良好的阻尼特性。絕大多數(shù)所述增長與由AZ和AM族的市售鎂合金制備的內(nèi)飾部件有關(guān)，所述市售鎂合金僅可在最高達100℃的溫度下操作，因此不能用于動力系統(tǒng)組件，動力系統(tǒng)組件需要在高達150-175℃的溫度下應(yīng)用。擴展Mg合金在運輸工業(yè)中的用途的主要問題與Mg合金的蠕變性能、可澆鑄性、腐蝕性能和成本有關(guān)。

市售的Mg-Al-Zn體系的壓鑄鎂合金，例如AZ91D，和Mg-Al-Mn體系的壓鑄鎂合金，例如AM50A和AM60B具有良好的可澆鑄性、改善的耐腐蝕性以及在環(huán)境溫度下具有吸引力的機械性質(zhì)。不過，上述合金顯示在升高的溫度下強度的不足、差的抗蠕變性和差的螺栓負荷保持(bolt load retention)性質(zhì)。因此，這些合金僅能在低于110℃的溫度下使用。近年來，基于Mg-Al-Ca、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Ca-Sr、Mg-Al-Sr-RE和Mg-Al-Ca-Re合金體系，已經(jīng)開發(fā)了幾種抗蠕變鎂合金。應(yīng)注意，堿土元素如Ca和Sr的使用需要Al含量不少于6％，從而避免與模具粘結(jié)以及增加的對熱裂紋的易感性。不過，增加的Al含量導(dǎo)致了抗蠕變性和導(dǎo)熱性的劣化，這兩者對于Mg合金用作LED照明設(shè)備外殼的應(yīng)用是非常重要的性質(zhì)，該應(yīng)用在過去五年中以前所未有的速度進入到汽車工業(yè)中。對于這樣的應(yīng)用，可考慮基于Mg-Al-RE合金體系的抗蠕變鎂合金作為有希望的備選者。已開發(fā)并闡述了幾種抗蠕變壓鑄Mg-Al-RE合金。FR 2090881和DE 2122148涉及一種鎂合金，其含有0.9-6.5重量％Al，0.24-10重量％RE，0-1.5重量％Mn，和常規(guī)雜質(zhì)，其中使用RE元素用作含有50-60％Ce、15-30％La和其余的釹鐠混合物(Didymium)的Ce基混合稀土金屬(mischmetal)，所述釹鐠混合物通常是3:1的Nd和Pr混合物。US 6467527涉及一種用于鎂合金的壓鑄方法，所述鎂合金包含1-10重量％Al，0-1.5重量％Mn，和至少一種選自0.2-5.0重量％RE金屬、0.02-5.0重量％Ca和0.2-10.0重量％Si的合金元素。WO2005/108634闡述了一種鎂合金，其包含1-10重量％Al，1-8重量％RE元素(其中RE元素的40％或更多是Ce)、0-0.5重量％Mn、0.0-1.0重量％Zn、0-3.0重量％Ca和0.0-3.0重量％Sr。EP 1957221公開了鎂合金的壓鑄方法，所述鎂合金包含2.0-6.0重量％Al，3.0-8.0重量％RE元素(其中RE元素的40％或更多是Ce)、0.0-0.5重量％Mn、0.0-1.0重量％Zn、少于0.01重量％Ca、少于0.01重量％Sr，余量為不可避免的雜質(zhì)。US 2009/0116993闡述了鎂合金，其含有3.0-5.0重量％Al，0.4-2.6重量％Ce，0.4-2.6重量％La，0.2-0.6重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni雜質(zhì)的總量小于0.03重量％。CN 102162053公開了鎂合金的制備，所述鎂合金包含3.0-5.0重量％Al，3.5-4.5重量％Ce基混合稀土金屬和0.08-0.15重量％Ca。CN 102776427涉及一種鎂合金，其包含3.5-4.4重量％Al，0.17-0.25重量％Mn和5.5-6.4重量％RE元素，所述RE元素中Ce、La和Nd分別為35-40重量％、60-55重量％和5重量％。另外，CN 101440450闡述了鎂合金，其含有3.5-4.5重量％Al，1.0-6.0重量％La，0.2-0.6重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni雜質(zhì)的總量小于0.03重量％。CN 104046871公開了一種鎂合金，其包含3.5-4.5重量％Al，2.5-3.5重量％La，1.5-3.0重量％Sm，0.2-0.4重量％Mn，其中Fe、Cu和Ni雜質(zhì)的總量小于0.03重量％；應(yīng)注意，昂貴元素Sm的存在使得上述發(fā)明不切實際并不適用于工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明的一個目的是提供抗蠕變鎂基合金，其適用于升高的溫度的應(yīng)用，并顯示出眾的能量吸收性質(zhì)和在腐蝕環(huán)境中良好的性能。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制備上述合金的錠料的方法。

本發(fā)明的另一目的是提供特別適用于高壓壓鑄工藝的合金，并且其具有高壓鑄率。

本發(fā)明的另一目的是提供對熱裂紋和與模具的粘著具有低易感性的合金。

本發(fā)明的另一目的是提供具有提高的導(dǎo)熱性的合金。

本發(fā)明的另一目的是提供在環(huán)境溫度和升高的溫度下具有改善的支撐(bearing)和剪切性質(zhì)的合金。

本發(fā)明的另一目的是以可負擔(dān)的成本提供具有前述性能和性質(zhì)的合金。

如下所述將認識到本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鎂合金，其包含2.6-5.5重量％鋁(Al)；2.7-3.5重量％鑭(La)；0.1-1.6重量％銫(Ce)；0.14-0.50重量％錳(Mn)；0.0003-0.0020重量％鈹(Be)，和任選的0.00-0.35重量％鋅(Zn)，0.00-0.40重量％錫(Sn)，0.00-0.20重量％釹(Nd)，0.00-0.10重量％鐠(Pr)，其余是鎂和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明的一些實施方式中，Zn可為0.02-0.33重量％，Sn為0.02-0.38重量％，Nd為0.02-0.18重量％，Pr為0.01-0.09重量％。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，所述合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.3-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0020重量％Be。在本發(fā)明另一優(yōu)選的實施方式中，所述合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在本發(fā)明另一優(yōu)選的實施方式中，所述合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。

本發(fā)明涉及一種制備鎂合金的方法，所述鎂合金結(jié)合了良好的可澆鑄性、抗蠕變性與腐蝕性能以及高延展性、沖擊強度和導(dǎo)熱性，所述方法包括使2.6-5.5重量％Al；2.7-3.5重量％La；0.1-1.6重量％Ce；0.14-0.50重量％Mn；0.0003-0.0020重量％Be，和任選的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是鎂和不可避免的雜質(zhì)成為合金，其中所述合金階段從將純Mg(至少99％Mg)和/或第一或第二Mg-Al母合金加入合金爐開始，所述第一或第二Mg-Al母合金含有小于99重量％Mg，最多至10.5重量％Al，最多至0.9重量％Zn和最多至1.5重量％Mn，其中上述組分的總質(zhì)量最多占最終熔體質(zhì)量的105重量％。在如本發(fā)明所述的方法中，可將純Mg和/或Mg-Al合金以固體狀態(tài)加入到合金爐中或以熔融狀態(tài)從其它熔融設(shè)備進料。在本發(fā)明的方法中，可以錠料形式或以潔凈的壓鑄廢料將固體Mg-Al合金加入到合金爐中。在本發(fā)明的方法中，可以純金屬和/或以La基混合稀土金屬和/或Ce基混合稀土金屬的形式將La和Ce加入到合金爐中。在如本發(fā)明所述的方法中，所述鎂合金優(yōu)選包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0012重量％Be。所述鎂合金可包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.05-0.25重量％Sn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在其他實施方式中，在如本發(fā)明所述的方法中，所述鎂合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.08重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，所述合金過程在670-730℃的溫度下進行。在本發(fā)明的方法中，設(shè)定溫度優(yōu)選為650-690℃。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方式中，將所述合金澆鑄成重量為約6-23kg的錠料。

本發(fā)明提供一種鎂合金的壓鑄方法，所述鎂合金包含2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be，和任選的0.00-0.35重量％Zn，0.00-0.40重量％Sn，0.00-0.20重量％Nd，0.00-0.10重量％Pr，其余是鎂和不可避免的雜質(zhì)，其中(i)將所述合金以15-65％的壓鑄儲筒填充比(shot sleeve filling ratio)在溫度為100-340℃的模具中澆鑄；(ii)在5-250毫秒的時間內(nèi)填充所述模具，同時在澆鑄過程中將靜態(tài)金屬壓力保持在15-120MPa；(iii)熔融金屬在模具內(nèi)的停留時間為3-15秒。在所述方法中澆鑄溫度優(yōu)選為660-730℃，例如670-710℃。在所述方法的一個優(yōu)選的實施方式中，所述鎂合金包含2.6-3.7重量％Al，2.8-3.3重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.15-0.40重量％Mn和0.0006-0.0012重量％Be。在所述方法的另一優(yōu)選實施方式中，所述鎂合金包含3.0-4.5重量％Al，2.7-3.2重量％La，0.8-1.6重量％Ce，0.03-0.08重量％Zn，0.15-0.40重量％Mn和0.0004-0.0012重量％Be。在所述方法的另一優(yōu)選實施方式中，所述鎂合金包含2.9-4.3重量％Al，2.7-3.4重量％La，0.4-1.6重量％Ce，0.05-0.15重量％Nd，0.01-0.05重量％Pr，0.15-0.35重量％Mn，0.03-0.09重量％Zn，0.03-0.15重量％Sn和0.0006-0.0010重量％Be。本發(fā)明的壓鑄方法通常使得在環(huán)境溫度和150℃下所述合金的TYS值分別至少為144MPa和118MPa。根據(jù)本發(fā)明的壓鑄方法通常使得所述合金的伸長率和沖擊強度分別為至少12％和至少19J。

本發(fā)明涉及通過澆鑄鎂合金制備的制品，所述鎂合金包含2.6-5.5重量％鋁(Al)；2.7-3.5重量％鑭(La)；0.1-1.6重量％銫(Ce)；0.14-0.50重量％錳(Mn)；0.0003-0.0020重量％鈹(Be)，和任選的0.00-0.35重量％鋅(Zn)，0.00-0.40重量％錫(Sn)，0.00-0.20重量％釹(Nd)，0.00-0.10重量％鐠(Pr)，其余是鎂和不可避免的雜質(zhì)。澆鑄優(yōu)異制品的合金的特征在于在環(huán)境溫度和增加的溫度下良好的機械性質(zhì)、導(dǎo)熱性、腐蝕性質(zhì)、蠕變性能和澆鑄性能的有利組合。

在20℃和150℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的支撐屈服強度(Bearing Yield Strength，BYS)分別為至少310MPa和至少250MPa，例如分別為至少320MPa和至少264MPa。在20℃和150℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的剪切強度分別為至少160MPa和至少130MPa。在20℃、150℃和175℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的拉伸屈服強度(TYS)通常分別為至少114MPa、至少118MPa和至少107MPa。在20℃、150℃和175℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的最終拉伸強度通常分別為至少250MPa、至少165MPa和至少135MPa，例如分別為至少252MPa、至少174MPa和至少140MPa。在20℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的伸長率通常至少為12％，在20℃下沖擊強度至少為19J。

在150℃和175℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金在200小時內(nèi)產(chǎn)生0.2％應(yīng)變的蠕變強度，通常分別為至少95MPa和80MPa，例如分別為至少97MPa和82MPa。在150℃和175℃下，在初始80MPa的應(yīng)力下，螺栓負荷保持通常分別為至少69％和51％。

在20℃下，根據(jù)本發(fā)明的合金的導(dǎo)熱性為至少85W/K.m，例如至少86W/K.m。

在SAE J2334循環(huán)腐蝕測試下，根據(jù)本發(fā)明的合金的腐蝕速率最高為1mpy，優(yōu)選最高為0.79mpy。

當(dāng)以伸長率的相對減少測量時，對于根據(jù)本發(fā)明的合金的延展性在150℃下老化的脆化效應(yīng)最多為20％，例如最多為15％。

附圖簡要說明

本發(fā)明的上述和其它特征與益處會更容易地通過以下實施例并參考所附表格顯示，其中：

圖1是表1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的合金以及比較合金的化學(xué)組成；

圖2顯示了用于評估對于熱裂紋易感性的鑄造丸粒(casting shot)。

圖3是表2，顯示了在評估對于熱裂紋易感性時使用的壓鑄參數(shù)；

圖4是表3，顯示了不同合金的裂紋連接百分?jǐn)?shù)和壓鑄參數(shù)；

圖5是表4，顯示了所述合金的支撐、剪切、拉伸和沖擊強度性質(zhì)。

圖6是表5，顯示了所述合金的蠕變性能、螺栓負荷保持性質(zhì)、耐腐蝕性和導(dǎo)熱性；以及

圖7是表6，顯示了基于老化條件的拉伸性質(zhì)的變化。

優(yōu)選實施方式詳述

已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)包含某些下述元素時，以可承受的成本獲得具有可澆鑄性、機械性能和腐蝕性能以及導(dǎo)熱性的優(yōu)異組合的鎂合金。本發(fā)明提供一組鎂基合金，其包含2.6-5.5重量％鋁(Al)，2.7-3.5重量％鑭(La)，0.1-1.6重量％銫(Ce)，0.14-0.50重量％錳(Mn)，0.0003-0.0020重量％鈹(Be)，和任選的最多至0.35重量％鋅(Zn)，最多至0.40重量％錫(Sn)，最多至0.20重量％釹(Nd)，最多至0.10重量％鐠(Pr)。本發(fā)明的合金可包含在鎂合金中通常存在的伴隨雜質(zhì)。所述合金可包含最多至0.004重量％Fe，最多至0.002重量％Ni，最多至0.08重量％Si和最多至0.01重量％Cu。

本發(fā)明涉及由鎂合金澆鑄制備的制品，所述鎂合金包含2.6-5.5重量％Al，2.7-3.5重量％La，0.1-1.6重量％Ce，0.14-0.50重量％Mn，0.0003-0.0020重量％Be；和任選的最多至0.35重量％Zn，最多至0.40重量％Sn，最多至0.20重量％Nd和最多至0.10重量％Pr。

所述澆鑄優(yōu)選為高壓壓鑄，不過其也可是觸變鑄模、半固體澆鑄、擠壓鑄造和重力澆鑄以及低壓澆鑄。

本發(fā)明的合金在室溫和升高的溫度下都具有優(yōu)異的支撐和剪切性質(zhì)。所述合金還具有優(yōu)異的可澆鑄性，并結(jié)合了出眾的耐腐蝕性以及沖擊強度性質(zhì)、優(yōu)異的蠕變性能和螺栓負荷保持性質(zhì)，以及極佳的延展性、沖擊強度性質(zhì)和導(dǎo)熱性。與鑭和銫形成合金使得在Mg-Al固溶體的晶粒邊界處形成穩(wěn)定的金屬間化合物。在升高的溫度下這些金屬間化合物的增強的穩(wěn)定性使得在最高至至少175℃的工作溫度下具有優(yōu)異的合金性能。本發(fā)明的合金還顯示對于熱剪切的低易感性并在高壓壓鑄過程中、觸變鑄模和其它澆鑄過程中不易于與模具粘著和焊接。它們還具有優(yōu)異的流動性并不易于氧化和燃燒。

本發(fā)明的合金具有在最高達200℃的溫度下極佳的沖擊強度、支撐強度和剪切強度，并結(jié)合了優(yōu)異蠕變性質(zhì)和螺栓負荷保持性質(zhì)。對于所述新型合金，在200小時內(nèi)產(chǎn)生0.2％應(yīng)變的蠕變強度在150℃的測試溫度下為97-108MPa，在175℃的測試溫度下為80-88MPa。根據(jù)本發(fā)明的合金具有優(yōu)異的支撐屈服強度(BYS)，其通常為320MPa或更高，所述BYS值在室溫下優(yōu)選為330MPa或更高。在150℃下，BYS值通常大于264MPa，例如270MPa或更高。根據(jù)本發(fā)明的合金顯示了拉伸屈服強度、最終拉伸強度、伸長率與沖擊強度性質(zhì)的極佳組合。這些合金不易于在150℃下的長期老化下脆化，150℃下的長期老化模擬了很大程度上的工作條件。合金的沖擊強度通常為約20J，而伸長率通常約15％。合金的剪切強度在環(huán)境溫度下通常為約160MPa或更高，在150℃下通常為約130MPa或更高；所述剪切強度值在一些實施方式中在環(huán)境溫度下為165MPa或更高，在150℃下為135MPa或更高。所述合金的導(dǎo)熱性通常為約85W/K.m或更高。根據(jù)本發(fā)明的合金結(jié)合了優(yōu)異的支撐性質(zhì)和剪切性質(zhì)以及極佳的延展性、蠕變性能和螺栓負荷保持性質(zhì)。這些合金也比對照合金具有更好的抗腐蝕性

鎂基澆鑄合金，其具有如本發(fā)明所述的化學(xué)組成，如上文所述其在機械性能、工藝性能和腐蝕性能上勝過現(xiàn)有技術(shù)合金。這些性質(zhì)包括優(yōu)異的熔融金屬性能和可澆鑄性，并結(jié)合了改善的支撐、剪切、拉伸和沖擊強度性質(zhì)以及優(yōu)異的耐腐蝕性和抗蠕變性、延展性和螺栓負荷保持性質(zhì)。本發(fā)明的合金包含鋁、鑭、銫、錳和鈹。如下文所討論的，所述合金還可包含其它元素作為額外成分或伴隨雜質(zhì)。

本發(fā)明的鎂基合金包含2.6-5.5重量％鋁。如果鋁濃度低于2.6重量％，合金會顯示差的可澆鑄性、特別低的流動性、不足的強度性質(zhì)和在錠料的頂表面上形成收縮的顯著趨勢，這在一些情況中甚至可導(dǎo)致裂紋形成。另一方面，鋁濃度高于5.5重量％導(dǎo)致對于熱裂紋明顯較低的易感性，延展性、沖擊強度性質(zhì)、支撐強度、抗蠕變性、螺栓負荷保持性質(zhì)和導(dǎo)熱性的劣化。

鑭和銫的優(yōu)選范圍分別為2.7-3.5重量％和0.1-1.6重量％。上述兩種元素與鋁形成穩(wěn)定的低共熔金屬間化合物，其阻礙了晶?；瑒?。此外，將La和Ce進行合金能防止脆性的Mg₁₇Al₁₂金屬間化合物形成。這些因素一起改善了抗蠕變性。此外，意想不到地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)La是主導(dǎo)合金元素時，主要的金屬間化合物是Al₁₁(La,Ce)₃。該相與Al₂(Ce,La)金屬間化合物相相比更加優(yōu)選，Al₂(Ce,La)金屬間化合物相主要形成富含Ce的合金。這與以下因素有關(guān)：在Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物相中，多于3.5個鋁原子與一個RE元素原子結(jié)合，而在Al₂(Ce,La)金屬間化合物相中僅有2個Al原子與一個RE元素原子結(jié)合。因此，一旦Al₁₁(La,Ce)₃低共熔金屬間化合物形成，用于抑制對抗蠕變性有害的Mg₁₇Al₁₂金屬間化合物的形成的RE元素所需的濃度較低。另一方面，在相同濃度的La和Ce條件下，在Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物的情況中比在Al₂(Ce,La)金屬間化合物的情況中形成更多的低共熔相。這進而得到了縮短的凝固范圍以及更低的對于熱裂紋的易感性。

如果鑭含量低于2.7重量％，其不能形成足量的Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物，從而導(dǎo)致抗蠕變性的劣化并增加了熱裂紋的趨勢。應(yīng)理解，富含La的Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物比富含Ce的金屬間化合物更穩(wěn)定。另一方面，La含量高于3.5％導(dǎo)致在壓鑄爐中減少的流動性、過量的氧化和熔融損失、需要額外攪拌，并且由于La比Mg貴得多而產(chǎn)生的不必要的額外增加的合金成本。La的影響與Ce聯(lián)用時更顯著。Ce含量小于0.1％不明顯影響Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物的形成。Ce濃度高于1.6％使得以犧牲Al₁₁(La,Ce)₃金屬間化合物為代價，密集形成較不希望的Al₂(Ce,La)金屬間化合物相。此外，這也導(dǎo)致在壓鑄車間內(nèi)減少了合金的流動性，增加了不攪拌時的熔融損失，并且不必要地額外增加了合金的成本。本發(fā)明的合金中加入鈹?shù)牧繛?.0003-0.0020重量％，以防止燃燒以及減少浮渣和沉渣的形成。Be含量低于0.0003％不能提供有效的對抗氧化的保護。Be含量高于0.0020％導(dǎo)致被非金屬包含物污染并不合理地增加合金成本。

還意想不到地發(fā)現(xiàn)，在最多至0.35重量％的范圍內(nèi)，例如0.05-0.25重量％的少量Zn的添加可改善可澆鑄性和抗蠕變性。另一方面，Zn含量高于0.35％導(dǎo)致增加了模具粘著的趨勢和抗蠕變性的劣化。Zn的有益效果在Sn以最多至0.40重量％的范圍內(nèi)存在時更為顯著。Sn含量高于0.40重量％可導(dǎo)致抗蠕變性的劣化并無端地增加了合金成本。本發(fā)明的合金含有少量鐵、銅和鎳，以保持低的腐蝕速率。優(yōu)選少于0.004重量％鐵，更優(yōu)選少于0.003重量％鐵。可通過添加錳得到低的鐵含量。合金中最小殘留錳含量為0.14重量％時可以得到少于0.003重量％的鐵含量。以高于0.50重量％的量添加Mn導(dǎo)致延展性和沖擊強度的減少、無端地增加合金成本以及在錠料再熔融和高壓壓鑄處理之前的熔融保持過程中形成過量的沉渣。任選地，本發(fā)明的合金還可包含最多至0.20重量％釹，和最多至0.10重量％鐠。

本發(fā)明的鎂合金具有高的沖擊強度、支撐強度和剪切強度，以及提高的延展性，并結(jié)合了優(yōu)異的抗蠕變性和螺栓負荷保持性質(zhì)。所述鎂合金還具有優(yōu)異的可澆鑄性和耐腐蝕性。

本發(fā)明將在以下實施例中進一步描述并說明。

實施例

一般過程

使用具有由低碳鋼制備的120升坩鍋的電阻爐進行一系列實驗。在熔融和保持過程中，熔體受到CO₂+0.5％HFC134a的氣體混合物的保護。

使用不同的起始材料制備試驗合金：9980A級純Mg以及包含0.001-10.5重量％鋁、0.05-2.5重量％錳和0.001-1.5重量％Zn的AM和AZ合金體系的鎂合金(例如M2、AM20、AM50、AM60、AM100、AZ91D)。以錠料形式或以潔凈的壓鑄廢料形式使用上述合金。在670-730℃的溫度范圍內(nèi)進行合金過程。

錳－將含有60-90％Mn的Al-Mn母合金、壓縮的Mn粉末和含有約2％Mn的M2鎂合金用于與Mn成為合金。根據(jù)母合金中的錳濃度，以700-740℃的熔融溫度將上述材料加入到熔融金屬中。

鋁－在一些情況中將含有少于0.2％雜質(zhì)的市售的純Al用于化學(xué)組成校正。

稀土元素－主要使用含有70-80％La+20-30％Ce的鑭基混合稀土金屬和含有65％Ce+35％La的銫基混合稀土金屬。此外，部分使用純La、純Nd和純Pr，與含有50％Ce+25％La+20％Nd+5％Pr的銫基混合稀土金屬一起使用。

錫－使用雜質(zhì)含量少于0.5％的純錫。

鋅－使用雜質(zhì)含量少于0.3％的純鋅。

鈹－將最高至20ppm的鈹以母合金Al-1％Be的形式加入到新合金中，隨后在澆鑄前在650-690℃的溫度下使熔體沉淀。

獲得所需組成之后，將所述合金澆鑄成12kg錠料。在所有實驗錠料的表面上都沒有觀察到燃燒或氧化。

在第二階段，使用具有2噸容量的合金爐在工業(yè)條件下進行上述實驗。在上述實驗中，以熔融態(tài)將純Mg或Mg合金從具有20噸容量的連續(xù)精制爐轉(zhuǎn)移到合金爐中。合金制備和沉淀之后，在不同實驗中將熔融的金屬澆鑄成重量為6-23kg的錠料。

使用火花發(fā)射光譜儀(spark emission spectrometer)進行化學(xué)分析。

用帶有345噸鎖模力的IDRA OL-320冷卻室壓鑄機得到壓鑄試樣。

人工進行模具潤滑(Acheson cp-593潤滑劑)和金屬裝液。CO₂+0.5％HFC134a的混合物作為保護氣體以20升/分鐘的流速使用。

對于不同的組成和實驗，澆鑄溫度在660-720℃范圍內(nèi)變化，而模具溫度在100-340℃范圍內(nèi)變化。在5-250毫秒的時間內(nèi)填充模具。壓鑄儲筒填充比在15-65％的范圍內(nèi)變化。在澆鑄過程中保持的靜態(tài)金屬壓力在15-120Mpa范圍內(nèi)變化。在模具內(nèi)熔融金屬的停留時間在3-15秒范圍內(nèi)變化。

使用如圖2所示的特別設(shè)計的測試部件進行合金對于熱裂紋的易感性的評估的實驗。

實驗澆鑄前，根據(jù)各個合金的物理性質(zhì)，對圖2所示的測試部件的主要的HPDC工藝參數(shù)，例如注射曲線、熔融溫度和模具溫度進行優(yōu)化。所述部分被分成多段。每段包括在不同壁厚間的連接。沖擊強度試樣用于評估整個測試部件的性能均勻性，其不在本發(fā)明中闡述。

使用SIEFERT ERSCO 200MF恒電位X射線管對所有HPDC樣品進行X射線檢查。表1表示檢查的工藝參數(shù)。對于各個測試合金，使用第二相速度、不同的強化壓力和熔融金屬溫度作為可變參數(shù)。選擇這些參數(shù)從而形成凝固收縮，其進而在澆鑄凝固過程中引起熱裂紋。對于表2中所列的24種變化形式中的每種，壓鑄10個組件從而獲得代表性結(jié)果。

如圖2中可看到的，將熱裂紋評估部件設(shè)計成具有不同厚度從而提供不同的凝固時間。每個壁段具有不同厚度，因此其凝固不同。壁段之間的收縮使得形成熱裂紋。以熱裂紋外觀檢查所述部件，隨后將在不同連接處得到的結(jié)果平均。對十個部件進行該過程，隨后對在所有部件上得到的結(jié)果進行平均，所述十個部件在相同的澆鑄條件(溫度、壓力、柱塞速度)下澆鑄。

通過SAE J2334循環(huán)腐蝕測試評估腐蝕性能，該測試被認為與汽車開發(fā)條件最為相關(guān)。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，每個循環(huán)需要在100％RH氣氛中在50℃下6小時的停留時間，在50％RH氣氛中在60℃下17.4小時的干燥階段。在主階段之間，在水溶液(0.5％NaCl，0.1％CaCl₂，0.07％NaHCO₃)中進行15分鐘浸漬。在周末和假日時所述測試在干燥模式下運行。所述測試持續(xù)80個循環(huán)，其對應(yīng)于5年的汽車開發(fā)。所述測試在尺寸為140×100×3mm的板上進行。所述板在丙酮中除去油污并在浸沒到測試溶液中之前稱重。每種合金重復(fù)測試五次。測試結(jié)束時，在鉻酸溶液(180g CrO₃每升溶液)中在80℃下約3分鐘內(nèi)脫除腐蝕的產(chǎn)物并測定重量損失。隨后用重量損失計算在80天的時間內(nèi)平均腐蝕速率，以密耳/年(MPY)計。

使用帶有升高的溫度柜的Instron 4483設(shè)備，根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)B557M，在環(huán)境溫度和升高的溫度下進行拉伸測試。測量拉伸屈服強度(TYS)，最終拉伸強度(UTS)和伸長率百分?jǐn)?shù)(％E)。使用從拉伸樣品的測量區(qū)域切取的具有6mm直徑的柱狀樣品，根據(jù)ASTM B565標(biāo)準(zhǔn)測量剪切強度。使用用于8mm直徑的銷釘?shù)膸в锌椎某叽鐬?00×140×3mm的腐蝕板，根據(jù)ASTM E238-84(08)標(biāo)準(zhǔn)測量支撐屈服強度。使用2mm的邊緣距離。支撐屈服強度計算為偏離等于銷釘直徑的2％。在夏比擺錘(Charpy hammer)上測試沖擊強度性質(zhì)。使用尺寸為10mm×10mm×55mm的無缺口的試樣。

SATEC型號M-3機用于蠕變測試。在40-110MPa的應(yīng)力范圍內(nèi)，在150℃和175℃下進行蠕變測試200小時，從而測定在上述溫度下的蠕變強度。此外，測量螺栓負荷保持。該參數(shù)用于模擬在運作條件中在壓縮負荷下可能發(fā)生的弛豫。使用外部直徑為17mm的柱狀樣品，其包括整體(whole),直徑10mm且高18mm。使用裝有應(yīng)變計的硬化的440C不銹鋼墊圈和高強度M8螺栓對這些試樣進行加載至某一應(yīng)力。連續(xù)測量在150℃和175℃下200小時內(nèi)負荷的變化。兩種負荷的比，稱為測試完成時回到環(huán)境條件之后的負荷與在室溫下的初始負荷的比，是對合金螺栓負荷保持性能的度量。

合金實施例

表1-6表示根據(jù)本發(fā)明的合金和比較例的合金的化學(xué)組成和性質(zhì)。12種新型合金與8個比較例的化學(xué)組成列于表1。

如圖2所示，表3證明了在所有第二相活塞速度和由無裂紋的連接的百分?jǐn)?shù)預(yù)估的強化壓力下，新型合金對于熱裂紋的易感性比對照合金低。

表4顯示了新型合金和對照合金的支撐、剪切、沖擊強度和拉伸性質(zhì)。與對照合金相比，本發(fā)明的合金具有顯著更高的支撐屈服強度(BYS)和沖擊強度。此外，在室溫和150℃下，新型合金的剪切強度、拉伸屈服強度(TYS)和最終拉伸強度(UTS)也都超過對照合金的那些性質(zhì)。在伸長率值上也看到了本發(fā)明的新型合金與對照合金的主要區(qū)別。

表5說明了新型合金與對照合金的蠕變性能，螺栓負荷保持性能和耐腐蝕性。在SAE J2334循環(huán)下評估的新型合金的耐腐蝕性超過比較例合金的耐腐蝕性。如從表5中所看到的，在抗蠕變和螺栓負荷保持性質(zhì)中，本發(fā)明的合金優(yōu)于對照合金。對于抗蠕變合金的一個重要的要求是它們能在開發(fā)過程中保持機械性能。由于抗蠕變鎂合金需要在120-170℃的溫度范圍內(nèi)工作，合金保持其性質(zhì)的能力可通過將澆鑄材料的性質(zhì)與在150℃的溫度下長期老化2000小時后的性質(zhì)進行比較來評估(表6)。該表清楚地說明了相對于對照合金，本發(fā)明的合金具有穩(wěn)定得多的性質(zhì)。這對于伸長率是最顯著的。對于伸長率性質(zhì)，本發(fā)明的合金在150℃下老化2000小時后經(jīng)歷了7-15％的減少，而對照合金的伸長率在相同測試下經(jīng)歷了25-44％的減少。

雖然本發(fā)明以一些具體實施方式的形式說明，但應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地采用其它形式。因此，應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，不需要具體的描述，即可以實施本發(fā)明。