[發明專利]一種耐熱鑄造稀土鎂合金及其制備方法

無效

• 申請號: 200910064625.3
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN101532106A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 李全安;李克杰;張興淵;張清;陳君;文九巴;李向宇
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06;B22D27/04
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 浩;牛愛周

技術領域

本發明涉及一種耐熱鑄造稀土鎂合金。?

背景技術

鎂是最輕的金屬結構材料，在汽車上應用日益增多。汽車每減重100Kg，則100Km節油0.5L，同時減少了尾氣排放，因此進行鎂合金的研究開發對于節約能源、抑制環境污染有著重要意義。但是，鎂合金的強度和耐熱性不佳嚴重阻礙其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的應用，因此提高鎂合金的強度和耐熱是發展鎂合金材料的重要課題。?

現有的耐熱鑄造稀土鎂合金主要從限制位錯運動和強化晶界入手，通過適當的合金化，通過引入熱穩定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴散速率或者改善晶界結構狀態和組織形態等手段來實現提高鎂合金熱強性和高溫蠕變抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高鎂合金耐熱性能最有效的合金元素，稀土元素在鎂合金中除了具有除氣、除雜、提高鑄造流動性、耐蝕性能以外，同時大部分稀土元素在鎂中具有較大的固溶度極限；而且隨溫度下降，固溶度急劇減少，可以得到較大的過飽和度，從而在隨后的時效過程中析出彌散的、高熔點的稀土化合物相；稀土元素還可以細化晶粒、提高室溫強度，而且分布在晶內和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點稀土化合物，在高溫時仍能釘扎晶內位錯和晶界滑移，從而提高了鎂合金的高溫強度，同時RE元素在鎂基體中的擴散速率較慢，這使得Mg-RE合金適于在較高溫度環境下長期工作。Mg-RE(如Mg-Gd系)合金是重要的耐熱合金系，具有較高的高溫強度和優良的蠕變性能。當前于200～300℃下長期工作的鎂合金零部件均為Mg-RE系合金，由于稀土特殊的電子結構及在鎂合金中的顯著的強化效果，使Mg-RE系成為發展高強度耐熱鑄造稀土鎂合金的一個重要合金系。?

作為稀土資源第一大國，中國關于Mg-RE系合金的研究近年來不斷增多和深入，鎂稀土合金的成功研發將有助于我們利用這一優勢。目前的商業耐?熱鎂合金如WE54，其主要存在的不足是：高溫時強度下降仍較多，還不能完全滿足其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中高溫下使用時對強度的更高的要求。?

發明內容

本發明的目的是提供一種高強度的耐熱鑄造稀土鎂合金。?

本發明的另一目的是提供一種該耐熱鑄造稀土鎂合金的制備方法。?

為了實現以上目的，本發明耐熱鑄造稀土鎂合金所采用的技術方案是：一種耐熱鑄造稀土鎂合金，由以下的質量百分比的組分組成：7～14％Gd，2～5％Y，0.3～5％Sm，0.2～0.6％Zr，雜質元素Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.02％，余量為Mg。?

所述的Gd，Y，Sm的質量百分比之和為13～18％。?

所述耐熱鑄造稀土鎂合金是由鎂和中間合金Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Sm，Mg-Zr為原料熔煉而成。?

本發明耐熱鑄造稀土鎂合金的制備方法包括如下步驟：?

①將鎂、中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Sm和Mg-Zr預熱；?

②將鎂在SF₆+CO₂混合氣體保護下熔化，于720～740℃加入中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Sm，將溫度升至740～760℃加入Mg-Zr中間合金；?

③當Mg-Zr熔化后，去除表面浮渣，將溫度升至770～780℃后停止升溫；?

④將溫度降至690～730℃后進行澆鑄，得到鑄態合金；?

⑤對鑄態合金進行熱處理后得到耐熱鑄造稀土鎂合金。?

步驟①所述的預熱溫度為150～220℃。?

所述的熱處理是對鑄態合金依次進行固溶處理和時效處理。?

所述固溶處理的處理溫度為490～540℃，處理時間為4～15小時。?

所述的時效處理的處理溫度為180～230℃，處理時間為6～40小時。?

所述澆鑄時將澆鑄模具預熱至180～250℃。?

本發明合金組分為Mg-Gd-Y-Sm-Zr。本發明采用Gd為第一組分，Gd在Mg固溶體中的最大固溶度為20.3wt％，200℃在Mg固溶體中的固溶度為3.8wt％，為保證合金得到良好的時效析出強化和固溶強化效果，Gd的加入量不低于7wt％，而又為了避免合金密度增加太多，以及合金過分脆化，因此本發明的Gd加入量不高于14wt％；采用Y為第二組分，采用Sm為第三組分，Y、?Sm可以降低Gd在Mg中的固溶度，從而增加Gd的時效析出強化效應；Sm在Mg中的最大固溶度為5.7wt％，因此本發明的Sm加入量不高于5wt％；采用Zr作為晶粒細化劑，以提高合金的韌性和改善合金的工藝性能。?