[發明專利]含銅耐熱稀土鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 200810202296.X
• 申請日: 2008-11-06
• 公開（公告）號: CN101397623A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 王渠東;高巖
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03;B22D21/04;C22F1/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種金屬材料技術領域的鎂合金及其制備方法，具體地說，涉及的是一種含銅耐熱稀土鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金作為最輕的金屬結構材料，能滿足日益嚴格的汽車尾氣排放要求，可生產出重量輕、油耗少、環保型的新型汽車，因而在汽車工業中受到了廣泛的關注。然而，低的常溫強度、高溫強度和塑性等力學性能制約了其在發動機和動力系統零件上的應用。因此，提出了高強度高韌性高抗蠕變性能的耐熱鎂合金。稀土元素被認為是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素，例如已獲商業化應用的Mg-Y-Nd基合金WE54和WE43。傳統的WE54合金經T6處理后，室溫抗拉強度為250MPa，屈服強度為172MPa，延伸率為2.0％。

經對現有技術的文獻檢索發現，在專利文獻CN?1804083A中記載了一種高強耐熱稀土鎂合金，其組成為：2～10％重量比的Gd、3～12％重量比的Y，Gd和Y的重量之和占該合金總重量的13～14％，以及0.4～0.7％重量比的Zr和不大于0.3％重量比的活化元素(Zn、Ag、Cu、Sr、Ca、Ti、Bi、Cd中任選一種)，或0.6～1.5％重量比的Mn和不大于0.3％重量比的活化元素(Sn、Si、Sb、Ca、Sr中任選一種)，其余為鎂。這種稀土鎂合金的析出物總是沿著基體的棱柱面析出，形成一種交叉的網狀相結構，具有能高度抗粒子粗化，提供高度強化和蠕變抗力的作用。其在300℃應用條件下，瞬時極限拉伸強度為180MPa。然而該專利文獻中，沒有加入Cu元素。事實上在稀土元素中加入一定比例的Cu元素，通過普通鑄造的方法利用時效強化，第二相強化和固溶強化就會制備出具有高強高韌性的稀土鎂合金。

目前已知的一些具有高強度高韌性的Mg-Zn-RE類合金的專利(比如CN1886528A，CN?1886529A，CN?101027420A)中，通過不同的熱變形工藝，制備出了高強高韌耐熱稀土鎂合金。但關于利用普通鑄造技術制備高強高韌Mg-Cu-RE合金，目前還沒有報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出一種高強度，高韌性和高抗蠕變性能的含銅耐熱稀土鎂合金及其制備方法，通過在鎂中添加Cu和Y、Gd、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho、Er、Tm等稀土元素的一種或幾種，并且通過熔煉及熱處理工藝條件來獲得高強度，高韌性和高抗蠕變性能的鎂合金。該金屬針對鎂合金擴大的用途，其強度及韌性均處于可供實用的水平。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明所涉及的含銅耐熱稀土鎂合金，包括Cu、M，其余為Mg和不可避免的雜質，其中M為Y、Gd、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的一種或幾種，Cu的原子百分比含量為a％，M原子百分比含量為b％，a和b滿足：0.1≤a≤5，且0.5≤b≤5。

所述雜質元素原子百分比含量為：Fe＜0.002％和Ni＜0.001％。

合金的成分設計依據為：若Cu原子百分比含量為5％以上，則特別是韌性(或延展性)有降低的傾向；若稀土類元素合計原子百分比含量為5％以上，則韌性(或延展性)也有降低的傾向。若Cu的原子百分比含量低于0.1％，或者稀土原子百分比含量總計低于0.5％，則強度及韌性至少任一方面將不充分。因此，Cu的原子百分比含量含量的下限為0.1％，稀土類元素合計原子百分比含量的下限為0.5％。

強度及韌性的增大在于Cu的原子百分比含量處于0.5～2.5％時變得顯著。若Cu原子百分比含量在0.1％附近而稀土類元素含量變少，則強度有降低的傾向，但是即使是處在此范圍的情況下，仍顯示出比以往高的高強度及高韌性。因此，本發明的鎂合金中Cu的原子百分比含量最大范圍是0.1％以上，5％以下。

強度及韌性的增大在于稀土類元素合計原子百分比含量處于1～3％時變得顯著。若稀土類元素合計原子百分比含量在0.5％附近而Cu含量變少，則強度有降低的傾向，但是即使是處在此范圍的情況下，仍顯示出比以往高的高強度及高韌性。因此，本發明的鎂合金中稀土類元素合計原子百分比含量最大范圍是0.5％以上，5％以下。

本發明所涉及的含銅耐熱稀土鎂合金的制備方法，包括兩個階段，即熔煉和后續熱處理，其中：

所述熔煉過程在SF₆/CO₂氣體保護條件下進行，包括如下步驟：

(1)熔煉Mg：在熔煉爐中加入烘干的工業純鎂，加熱熔煉；

(2)加入Mg-Cu中間合金：待鎂完全熔化后，在660～680℃下加入Mg-Cu中間合金；