一种含稀土的压铸镁合金及其成型工艺

1.本发明涉及压铸工艺技术领域，具体为一种含稀土的压铸镁合金及其成型工艺。


背景技术：

2.镁(mg)及其合金是最轻的金属结构材料，具有高比强度、比刚度、高可回收性和商业可用性，镁合金有望部分替代铝合金和钢，因此，它在电子、汽车和航空航天工业中的应用引起了极大的关注，在镁合金领域，稀土元素在细化晶粒、提高力学性能等方面具有重要作用，目前稀土元素成本过高，阻碍了稀土镁合金的发展，可以通过控制稀土的加入量以及筛选加入稀土元素的种类可以有效降低其成本，高压压铸(hpdc)是一种高效、经济的精密制造方法，可用于不同行业镁合金零件的大规模生产，目前，大约90％的铸造镁合金由hpdc制造，hpdc工艺的显著特点是在凝固过程中有着高冷却速率，但在铸造过程中，产生的缺陷会对铸件的机械性能产生不利影响，通过反复生产试验来优化机械性能并控制其可变性会非常耗时，因此有必要采用数值模拟的方法，得到一种含稀土镁合金铸件的压铸成型工艺。
3.专利cn113722964a发明公开了一种铸造模拟方法，采用铸造模拟软件procast对球墨铸铁支座进行模拟分析，从而设计较佳方案的浇注系统，可以减少试铸成本，缩短零件生产周期，且减少缺陷产生保证零件的工艺性能和支座铸件质量，得到合格的产品，满足支座工艺性能的要求，专利cn111004946b本发明涉及一种铝合金变速箱离合器壳体的压铸成型工艺，利用procast软件对变速箱离合器壳体压铸过程进行cae模拟，得出缩松、缩孔等缺陷最小情况下的压铸工艺参数，专利cn110205526b公开了一种铝合金汽车油冷却器铸件及其压铸工艺，通过procast软件和实际工艺对比选取合适的浇注温度、压射比压、喷射速度、保压时间，减少了冷隔、卷气、缩孔等缺陷的发生，但稀土镁合金熔点较高，流动性较差，探索合适的压铸成型工艺参数比较困难。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土的压铸镁合金及其成型工艺，改善了通过反复生产试验来优化机械性能的局限性，利用procast软件对铸件压铸过程进行cae模拟，减小缩松缩孔体积和热裂倾向指数，得到价格低廉、导热性能良好、力学性能优异的mg-zn系压铸镁合金，同时提高镁合金压铸件优质成型质量和模具使用寿命，缩短生产周期。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含稀土的压铸镁合金，包括按照重量百分比计的如下成分：锌0.4～0.8wt.％，镧0.4～0.8wt.％，铈0.4～0.8wt.％，锆0.4～0.8wt.％，其余为镁。
8.一种含稀土的压铸镁合金的成型工艺，包括以下步骤：
9.s1：利用solidworks三维软件对铸件进行建模，将铸件所对应的模具模型转化为
x-t格式导入到procast软件，进行网格划分；
10.s2：模具的材质为h13钢，铸件的材质为镁合金，热物性参数中热导率、密度、固相率、粘度由procast软件中的“material”模块计算得出，扩散模型为scheil；热容、结晶潜热由pandat基于热力学数据库计算得出，导入procast进行计算；
11.s3：选取压铸件与压铸模具之间的界面传热系数1000w/(m2
·
℃)，根据冷却方式，选择为空冷，冷却温度为20摄氏度，模壳的应力参数定义为刚性，合金的应力参数定义为弹塑性，设置铸件xyz方向上的位移为0；
12.s4：采用正交试验的方法，以浇注温度(a)、模具温度(b)、压射速度(c)、保压时间(d)为因素，缩孔率、热裂倾向指数为指标建立四因素三水平正交试验，得出最终合适的工艺参数；
13.s5：进行实际生产。
14.优选的，所述浇注温度为690摄氏度、710摄氏度和730摄氏度选择其一。
15.优选的，所述压射速度为4.0m/s、6.0m/s和8.0m/s选择其一。
16.优选的，所述模具温度为200摄氏度、220摄氏度和240摄氏度选择其一。
17.优选的，所述保压时间为3s、5s和7s选择其一。
18.优选的，所述保压压力为70mpa。
19.(三)有益效果
20.与现有技术相比，本发明提供了一种含稀土的压铸镁合金及其成型工艺，具备以下有益效果：
21.1、该含稀土的压铸镁合金及其成型工艺，在镁合金中添加微量zn元素和zr元素，起到沉淀强化的细晶强化效果，提高合金的力学性能，当zn、zr元素含量极低时，与mg生成新相可能性较小，当稀土含量1％左右时，合金第二相为mg12ce、mg12la，第二相高温稳定性高，可提高合金的耐热性，且zn元素的加入对稀土元素在镁中固溶度影响不大，从而可制备得到价格低廉、导热性能良好、力学性能优异的压铸镁合金，进而能拓宽mg-zn系压铸镁合金在市场方面的应用。
22.2、该含稀土的压铸镁合金及其成型工艺，改善了通过反复生产试验来优化机械性能的局限性，利用procast软件对铸件的压铸过程开展充型、凝固过程数值模拟研究，得出最优压铸工艺参数来减小缩松缩孔缺陷和热裂倾向指数，有利于提高镁合金压铸件优质成型质量和模具使用寿命，缩短生产周期。
附图说明
23.图1为本发明镁合金压铸件的模型示意图；
24.图2为本发明缩松缩孔位置分布图；
25.图3为本发明热裂倾向指数分布图；
26.表1为本发明四因素三水平正交试验表。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.一种含稀土的压铸镁合金，包括按照重量百分比计的如下成分：锌0.4～0.8wt.％，镧0.4～0.8wt.％，铈0.4～0.8wt.％，锆0.4～0.8wt.％，其余为镁。
29.一种含稀土的压铸镁合金的成型工艺，包括以下步骤：
30.s1、利用solidworks三维软件对铸件进行建模，将铸件所对应的模具模型转化为x-t格式导入到procast软件，进行网格划分；
31.s2、模具的材质为h13钢，铸件的材质为镁合金，镁合金的组分以及各组分的质量百分比为：锌0.5wt.％，镧0.5wt.％，铈0.5wt.％，锆0.5wt.％，其余为镁；热物性参数中热导率、密度、固相率、粘度由procast软件中的“material”模块计算得出，扩散模型为scheil；热容、结晶潜热由pandat基于热力学数据库计算得出，导入procast进行计算；
32.s3、选取压铸件与压铸模具之间的界面传热系数1000w/(m2
·
℃)，根据冷却方式，选择为空冷，冷却温度为20摄氏度，模壳的应力参数定义为刚性，合金的应力参数定义为弹塑性，设置铸件xyz方向上的位移为0；
33.s4、采用正交试验的方法，以浇注温度(a)、模具温度(b)、压射速度(c)、保压时间(d)为因素，浇注温度为690摄氏度、710摄氏度和730摄氏度选择其一，压射速度为4.0m/s、6.0m/s和8.0m/s选择其一，模具温度为200摄氏度、220摄氏度和240摄氏度选择其一，保压时间为3s、5s和7s选择其一，保压压力为70mpa，缩孔率、热裂倾向指数为指标建立四因素三水平正交试验，得出最终合适的工艺参数；
34.s5、进行实际生产。
35.利用procast软件对铸件的压铸过程开展充型、凝固过程数值模拟研究，得出最优压铸工艺参数来减小缩松缩孔缺陷和热裂倾向指数，可以提高镁合金压铸件优质成型质量和模具使用寿命，缩短生产周期。
36.请参阅图1-3和表1，对9组正交试验分析可得，第3组缺陷数量最少，为0.7400cm3；热裂倾向指数最小，0.1650，故得到最优工艺参数：浇注温度690℃、模具温度240℃、压射速度8m/s、保压时间7s，根据镁合金压铸的数值模拟结果，进行了压铸试验，铸件表面平整光滑，没有明显的裂纹等缺陷问题。
37.本发明的有益效果是：在镁合金中添加微量zn元素和zr元素，起到沉淀强化的细晶强化效果，提高合金的力学性能，当zn、zr元素含量极低时，与mg生成新相可能性较小，当稀土含量1％左右时，合金第二相为mg12ce、mg12la，第二相高温稳定性高，可提高合金的耐热性，且zn元素的加入对稀土元素在镁中固溶度影响不大，从而可制备得到价格低廉、导热性能良好、力学性能优异的压铸镁合金，进而能拓宽mg-zn系压铸镁合金在市场方面的应用，改善了通过反复生产试验来优化机械性能的局限性，利用procast软件对铸件的压铸过程开展充型、凝固过程数值模拟研究，得出最优压铸工艺参数来减小缩松缩孔缺陷和热裂倾向指数，有利于提高镁合金压铸件优质成型质量和模具使用寿命，缩短生产周期。
38.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。