[發明專利]一種高溫強度穩定的稀土鎂合金

無效

• 申請號: 201110132158.0
• 申請日: 2011-05-22
• 公開（公告）號: CN102181763A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 李全安;張清;李萍;張興淵;李長青;文九巴
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及一種高溫強度穩定的稀土鎂合金。

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。汽車采用鎂合金可以減重，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能不佳，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性能是發展鎂合金材料的重要課題。

現有的耐熱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。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，稀土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-Y系）合金是重要的耐熱鎂合金系，具有較高的高溫強度和優良的抗蠕變性能。當前在200～300℃下長期工作的鎂合金零部件均為Mg-RE系合金，Mg-RE系成為發展高強度耐熱鎂合金的一個重要合金系。

作為鎂和稀土資源第一大國，中國關于Mg-RE系合金的研究近年來不斷增多和深入，稀土鎂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，其存在的主要不足是耐熱性能不夠穩定，高溫時強度下降較多，還不能完全滿足航空航天、軍工、汽車及其它行業在較寬的作業溫度范圍特別是在200℃-300℃下使用時對強度穩定性的更高的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種高溫強度穩定的稀土鎂合金，提高鎂合金在室溫至300℃作業溫度范圍內的強度穩定性。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種高溫強度穩定的稀土鎂合金，由以下的質量百分比的組分組成：5～8%Y，1～3%Sm，0.2～1%Ca，0.2～1%Sb，0.2～1%Al，余量為Mg和不可避免的雜質。

所述雜質中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。

所述Y，Sm的質量百分比之和為7～9%。

本發明高溫強度穩定的稀土鎂合金是由鎂，銻，鋁和中間合金Mg-Y，Mg-Sm，Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理而成。

本發明合金組分為Mg-Y-Sm-Ca-Sb-Al。本發明采用Y為第一組分，Y在Mg固溶體中的最大固溶度為12wt%，為保證合金得到良好的時效析出強化和固溶強化效果，Y的加入量不低于5wt%，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Y加入量不高于8wt%；采用Sm為第二組分，Sm可以降低Y在Mg中的固溶度，從而增加Y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3wt%；加入少量的Ca可改善鎂合金的力學性能，Ca可細化晶粒，提高室溫強度，也可與Mg生成高熔點強化相Mg₂Ca，改善高溫強度，但Ca過量會影響鑄造性能，因此本發明的Ca加入量不高于1wt%；加入少量的Sb，本發明的Sb加入量不高于1wt%；加入少量的Al可改善鎂合金的力學性能，Al可與Y、Sm生成高熔點強化相Al₂Y、Al₂Sm，改善高溫強度，但Al過量會生成在高溫下不穩定的Mg₁₇Al₁₂相，影響高溫性能，因此本發明的Al加入量不高于1wt%；綜合利用稀土元素（Y、Sm）、堿土元素（Ca）和其他元素（Sb、Al）的強化作用，進一步提高合金的高溫強度。

本發明的稀土鎂合金在耐熱性能上具有一個突出的特點，即高溫拉伸強度極其穩定，在200℃到300℃范圍內，合金的抗拉強度隨著溫度的升高而降低的幅度低于10%，在300℃時，抗拉強度仍可達到200MPa以上。而在相同條件下，WE54鎂合金的室溫抗拉強度為280MPa，延伸率為4.0%，200℃抗拉強度為241MPa，250℃抗拉強度為230MPa，300℃抗拉強度降到180MPa，從200℃到300℃，抗拉強度約降低25%。