[發(fā)明專利]耐熱鍛壓鎂稀土合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010126302.5
• 申請(qǐng)日: 2010-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN101787472A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董杰;鄭興偉;王鋒華;周娜;靳麗;丁文江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C23/06;C22C23/04;C22C1/03;B22D11/16;C22F1/06
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種冶金技術(shù)領(lǐng)域的稀土合金及其制備方法，具體是一種耐熱鍛壓鎂稀土合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度，而且地球表層鎂資源豐富。由于能源危機(jī)以及環(huán)境污染的雙重壓力下，在航天、航空汽車和電子汽車、火車等交通領(lǐng)域提出了輕量化要求，因此鎂合金在上述領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用潛力。

目前鎂合金主要通過壓鑄方式成型，但由于壓鑄過程中容易在鑄件中帶入氣孔等缺陷，因此制備的零件往往不能滿足航天航空、軍工領(lǐng)域的應(yīng)用要求。鍛壓是一種不但可以顯著提高合金力學(xué)性能，而且具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)零件的精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是目前開發(fā)的大部分鎂合金由于塑性比較差嚴(yán)重影響了鎂合金二次變形的能力。目前在已開發(fā)鎂合金中可用于鍛壓的有合金牌號(hào)有AZ31、AZ60。這些合金具有良好的室溫性能，但是由于上述鎂合金所含的-Mg₁₇Al₁₂在使用溫度超過200℃就會(huì)發(fā)生分解，使得AZ系列的鎂合金強(qiáng)度急劇的降低，極大的限制了AZ系列鎂合金在航天航空領(lǐng)域鍛壓件的應(yīng)用。因此開發(fā)新型耐熱的鍛壓鎂合金對(duì)擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍具有重要的意義。目前提高鎂合金耐高溫性能主要通過添加稀土元素，研究表明稀土元素，尤其是Y、Nd等，在提高鎂合金強(qiáng)度、耐熱性、抗腐蝕能力方面作用顯著，如WE54和WE43等。

近年研究中發(fā)現(xiàn)重稀土元素如Gd、Dy、Tb等，在提高鎂合金的強(qiáng)度，特別是耐熱性方面，作用強(qiáng)于Y、Nd等其它稀土元素。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，P.H.Fu等人在Mater?Sci?EngA.2008486：183-192(材料科學(xué)工程)中指出：稀土Nd元素在通過鎂合金強(qiáng)度、耐熱性能以及腐蝕性能的同時(shí)，對(duì)鎂合金延伸率也有一定的提高，在鑄態(tài)和固溶態(tài)室溫下延伸率可以分別達(dá)到14％和25％。

綜上所述，現(xiàn)階段航空航天、軍工及其它行業(yè)中急需一種高強(qiáng)度、高耐熱性和抗腐蝕的鎂合金以替代鋁合金等材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種耐熱鍛壓鎂稀土合金及其制備方法，通過添加合金元素(Nd、Ce、Zn、Zr)或改變?nèi)蹮捁に嚄l件，獲得鑄態(tài)可直接鍛造成型的稀土鎂合金，使得此類鎂合金具有比傳統(tǒng)商業(yè)AZ31、AZ60可鍛壓鎂合金優(yōu)越的室溫強(qiáng)度、瞬時(shí)高溫強(qiáng)度和硬度等力學(xué)性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種耐熱鍛壓鎂稀土合金，其組分及質(zhì)量百分比依次為：0.5~3.6％Nd、0.2~1.2％Zr、0.1~1.2％Zn、0~0.3％Ce、0~1.5％Ca、少于0.02％的雜質(zhì)元素、余量為Mg。

所述的雜質(zhì)元素包括：Si、Fe、Cu和Ni。

本發(fā)明涉及上述耐熱鍛壓鎂稀土合金的制備方法，包括以下步驟：

第一步、將純鎂預(yù)熱熔化后依次加入中間合金以及純Zn，經(jīng)過加溫混溶后加入Mg-Zr合金并攪拌混合，制成合金熔液。

所述的預(yù)熱融化處理是指：將純鎂預(yù)熱至180~220℃后放入通有SF₆/CO₂氣體保護(hù)的熔爐中熔化并升溫至710~730℃。

所述的中間合金是指：經(jīng)過180~220℃預(yù)熱的Mg-Ca合金、Mg-Nd合金、Mg-Ce合金；

所述的純Zn是指：經(jīng)過180~220℃預(yù)熱的純Zn；

所述的加溫混溶是指：將加有中間合金的純鎂升溫至770~790℃；

第二步、將合金熔液進(jìn)行電精煉處理后采用連鑄法進(jìn)行澆注，然后對(duì)連鑄坯進(jìn)行預(yù)處理；

所述的電精煉處理是指：將合金熔液控制于770~790℃下保溫20~40分鐘后降溫至745~755℃，電精煉6~10分鐘后升溫到770~790℃并靜置20~40分鐘；

所述的連鑄法是指：以20~200mm/min的澆注速度控制澆注溫度為680~740℃，二次冷卻水流量控制在結(jié)晶器周長(zhǎng)每毫米在1500~4500mm³/min的環(huán)境下進(jìn)行澆注。

所述的預(yù)處理是指以下兩種方式中的任意一種：

a)控制均勻化溫度為380~420℃，均勻化時(shí)間為0~8小時(shí)；

b)采用固溶處理，控制固溶溫度為480~520℃，固溶處理時(shí)間為4~12小時(shí)。

第三步、將預(yù)處理后的連鑄坯進(jìn)行鍛壓預(yù)熱處理后進(jìn)行鍛壓，制成耐熱鍛壓鎂稀土合金。

所述的鍛壓預(yù)熱處理是指：將連鑄坯置于400~500℃的溫度下預(yù)熱0.5~4小時(shí)；

所述的鍛壓的應(yīng)變率為0.001~10S^-1。