[發明專利]一種高強耐熱復合稀土鎂合金

有效

• 申請號: 201310082226.6
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103131925A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李全安;付三玲;張清;陳君;劉文健;陳志;宋曉杰
• 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
• 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

本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種高強耐熱復合稀土鎂合金。

背景技術

鎂是最輕的金屬結構材料，在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的應用日益廣泛。如汽車每減重100Kg，每百公里節油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的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、耐蝕性能的作用外，大部分稀土元素在鎂中還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（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，由于其特殊的價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鎂合金的一個重要合金系。但是，目前的商業耐熱鎂合金如WE54，其存在的主要不足是，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。

現有技術中，專利CN1962914A公開了一種含稀土鑄造鎂合金及其制備方法，該鑄造鎂合金的組分及其重量百分比為：6-15%Gd、2-6%Sm、0.35-0.8%Zr，具有比傳統WE系列商業鎂合金優越的室溫強度、瞬時高溫強度等力學性能，但是其在250℃的抗拉強度為295MPa，強度下降仍較多，不能滿足高溫強度的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種高強耐熱復合稀土鎂合金，高溫時強度下降較少，具有較高的高溫抗拉伸強度。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種高強耐熱復合稀土鎂合金，由以下質量百分比的組分組成：6%～12%Gd、1%～5%Y、1%～2%Nd、1%～2%Sn、1%～2%Sm、0.5%～1%Zr，雜質元素Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.02%，余量為Mg。

所述Gd、Y、Nd、Sn、Sm、Zr的質量百分比之和為12%～18%。

所述稀土鎂合金是由Mg、Sn和中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm、Mg-Zr為原料熔煉鑄造并經過熱處理制成的。

一種上述高強耐熱稀土鎂合金的制備方法，包括下列步驟：

1）將鎂、錫和中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm和Mg-Zr預熱到150～220℃；

2）將鎂在CO₂+SF₆混合氣體保護下熔化，于720～740℃加入錫和中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm，將溫度升至750～780℃加入中間合金Mg-Zr；

3）當Mg-Zr熔化后，去除表面浮渣，將溫度升至770～780℃后保持10min；

4）將溫度降至690～730℃后進行澆鑄，澆鑄時將澆鑄模具預熱至180～250℃，澆鑄后得到鑄態合金；

5）將步驟4）所得鑄態合金進行熱處理，即得。

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5～20小時。所述時效處理的處理溫度為180～250℃，處理時間為8～20小時。