本发明涉及有色金属材料,提供了一种多元素复合镁合金材料,其具有优良铸造性能、符合faa\easa\ccar阻燃法规并且满足零件轻量化强度需求。
背景技术:
1、大多数目前国际上现有可满足faa阻燃要求的商用镁合金牌号仅有we43及ev31两种,均为mg-re-zr体系合金。虽然该体系合金具有优异的力学强度及阻燃特性,但存在两个缺陷:1、这类合金的析出强化机制导致材料塑性较低、且需经热处理,铸造工艺性差,不适用于高生产效率的压铸工艺以及其他需要高工艺性的加工方法;2、为满足阻燃要求,合金中需要添加的高含量的gd、y、nd元素,这造成合金成本高昂、制备工艺难度大。
2、为了解决上述问题,可能的思路是,在低成本的mg-al合金体系中降低稀土元素的含量,并添加ca等碱土元素,从而改善镁合金的阻燃性能,以达到成本与性能之间的平衡。然而,这种思路的难点在于,为满足faa阻燃要求,需要精确地控制各个合金含量的比例,以达到力学性能和成本及工艺性的平衡。换言之,能够提高阻燃效果的元素用量过低,则不具备显著的改良效果;而这类的合金化元素用量过高,则会导致合金成本升高,并且会导致抗热裂、流动性等铸造工艺性能和力学性能严重降低,从而难以实现工业化应用。特别是由于碱土元素中ca的添加,会明显增加合金的粘模和热裂倾向,导致压铸生产时产品不良、废品率高。
技术实现思路
1、在此背景下,本发明提出了,合理地选用合金化元素以及调配各元素的占比,降低高成本元素用量,提升镁合金的阻燃效果、改善其抗热裂、流动性等铸造工艺性能。根据本发明的一个方面,通过在稀土-碱土镁合金体系中添加碳族元素sn,并控制多种元素的配比,在不降低阻燃性能和力学性能的同时,显著改善了镁合金的压铸工艺性,从而实现了高效连续生产。
2、按照本发明的一个方面,提出了一种镁基合金,其特征在于,按质量百分比计,包括如下组分:al:5.54%-7.58%,re1:1.95%-3.51%,re2:0%-0.31%,ca:1.79-3.31%,mn:0.1-0.61%,zn:0-0.21%,sn:0.11-1.13%,其中,re1为la、ce中的至少一种,re2为y,gd中的至少一种,其余为镁以及不可避免的杂质。
3、在一实施例中,所述al含量范围5.95%-7.03%,所述re1含量范围2.51%-3.11%,所述re2含量范围0%-0.1%,所述ca含量范围2.41%-3.31%,所述sn含量范围0.33-0.82%,所述mn含量范围0.21%-0.61%。
4、在一实施例中,(la+ce+sn)/(ca)含量之比在0.66-2.52之间。
5、在一实施例中,(al)/(ca+y+gd)含量之比在1.91-3.51之间。
6、按照本发明的另一方面,还提出了一种针对镁基合金的制备方法,包括如下步骤:
7、s1、按所述质量百分比,配置mg锭、al锭、mg-re1合金、mg-re2合金、mg-ca合金或纯ca或cao粉、sn粒或条、mg-mn合金或氯化锰粉;
8、s2、在保护气氛下,将所述mg锭、al锭熔化后,升温至700-730℃,依次加入所述mg-re1合金、mg-re2合金、mg-ca合金或纯ca或cao粉、sn粒或条、mg-mn合金或氯化锰粉,熔化后充分搅拌均匀,得到合金熔体;
9、s3、静置20-35分钟后,除气并加入熔剂,在700-710℃精炼处理20-35分钟;
10、s4、精炼结束后,静置0.5-1.0小时,扒渣,浇铸成型,得到所述镁基合金锭。
11、s5、将所述镁合金锭放入压铸机的熔炼炉中重熔,熔炼温度650-710℃,保温静置20分钟以上,之后进行压铸,从而得到镁合金铸件。
12、在一实施例中,在步骤s1中,还按所述质量百分比配置zn锭,并且在步骤s2中,升温至700-730℃时先加入zn锭。
13、本发明还提出一种将上述镁基合金用于航空器领域的用途。
14、本发明通过采用碳族元素、稀土元素和碱土元素的复合合金化解决了镁合金力学性能、阻燃性能和铸造工艺性能难以兼顾的技术难点,并通过构建优化组分的mg-al-re-ae-sn的合金体系,有效提高了材料的可铸造性,本材料适用于压铸等铸造制备工艺,但不限于该工艺。
1.一种镁基合金,其特征在于,按质量百分比计,包括如下组分:al:5.54%-7.58%,re1:1.95%-3.51%,re2:0%-0.31%,ca:1.79-3.31%,mn:0.1-0.61%,zn:0-0.21%,sn:0.11-1.13%,其中,re1为la、ce中的至少一种,re2为y,gd中的至少一种,其余为镁以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种镁基合金,其特征在于,所述al含量范围5.95%-7.03%,所述re1含量范围2.51%-3.11%,所述re2含量范围0%-0.1%,所述ca含量范围2.41%-3.31%,所述sn含量范围0.33-0.82%,所述mn含量范围0.21%-0.61%。
3.根据权利要求1或2所述的镁基合金,其特征在于,(la+ce+sn)/(ca)含量之比在0.66-2.52之间。
4.根据权利要求1或2所述的镁基合金,其特征在于,(al)/(ca+y+gd)含量之比在1.91-3.51之间。
5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的镁基合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
6.一种根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,在步骤s1中,还按所述质量百分比配置zn锭,并且在步骤s2中,升温至700-730℃时先加入zn锭。
7.一种将根据权利要求1至4中任一项所述的镁基合金用于航空器领域的用途。