[發(fā)明專利]含微量Al的稀土變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310597670.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104651693A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鳴龍;張奎;李興剛;李永軍;袁家偉;石國(guó)梁;張國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號(hào): C22C23/06
• 分類號(hào): C22C23/06;C22C1/02;C22F1/06
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含微量Al元素的稀土變形鎂合金及其制備方法，屬于工業(yè)用鎂合金的范疇。

背景技術(shù)

稀土鎂合金是研究較為廣泛的一類的鎂合金材料，其中Mg-Gd-Y-Zr合金作為一類典型的稀土鎂合金是目前研究的熱點(diǎn)之一。由于Gd、Y元素在鎂中的固溶度較大，隨溫度降低固溶度迅速降低，可以進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，因此Mg-Gd-Y-Zr合金是一類可熱處理強(qiáng)化的合金。鑄造鎂合金由于其具有較好成形性能，因此被廣泛開(kāi)發(fā)應(yīng)用，但是除特種鑄造合金外普通鑄造成型鎂合金難免存在鑄造缺陷，限制了其作為高承力構(gòu)件的應(yīng)用，而變形鎂合金具有出色及穩(wěn)定的力學(xué)性能，是鎂合金發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門(mén)制備大型變形鎂合金的設(shè)備，常依托現(xiàn)有鋁合金成形設(shè)備進(jìn)行制備加工，比如擠壓、軋制以及鍛造等，會(huì)導(dǎo)致合金中含有微量Al元素，影響鎂合金的純凈度，最終惡化合金的性能。

一般而言，不將Al添加到含Zr及含Mn的的鎂合金中，主要是在于Al易于和Zr及Mn反應(yīng)生成有害相，不僅減弱了原始Zr及Mn的作用，同時(shí)反應(yīng)生成的相會(huì)大幅度惡化合金的組織，不利于材料的后續(xù)加工及服役性能，特別是利用Zr來(lái)細(xì)化晶粒的稀土鎂合金。另外，在稀土鎂合金中，混入一定量的Al后，除了Al-Zr相的存在外，Al還會(huì)和RE反應(yīng)生成Al-RE相，減低稀土在鎂合金中的固溶時(shí)效強(qiáng)化作用，特別是對(duì)高固溶度的稀土元素，因此，傳統(tǒng)上在Mg-RE-Zr合金體系中嚴(yán)格杜絕Al的存在。

稀土鎂合金在塑性加工后余料中混入的Al元素使得其不能進(jìn)行回收，只能做降級(jí)少量利用，或直接進(jìn)行無(wú)害化處理。但是，稀土是不可再生資源，顯然上述處理方法會(huì)造成大量稀土的浪費(fèi)，提高了鎂合金的制備成本，并對(duì)環(huán)境的造成污染。研究發(fā)現(xiàn)，Al-RE相具有很好的熱穩(wěn)定性，凝固時(shí)即可以產(chǎn)生，并在固態(tài)下不發(fā)生相轉(zhuǎn)變，該特性已經(jīng)在AZ系列合金中得到了廣泛應(yīng)用，但是在稀土鎂合金中，一般將其作為不利因素，盡量避免。根據(jù)上述研究結(jié)果，利用Al-RE相在高溫具有熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一類能在高溫下服役的合金，具有十分重要意義，特別是針對(duì)由于加工過(guò)程中附帶加進(jìn)鋁的稀土合金加工余料的回收，可大幅度降低合金開(kāi)發(fā)的成本。另外研究表明，Zn元素添加進(jìn)稀土合金中，會(huì)形成準(zhǔn)晶相或長(zhǎng)周期有序結(jié)構(gòu)，變形后會(huì)大幅度提高合金的塑性，因此，本發(fā)明當(dāng)中會(huì)適當(dāng)補(bǔ)充Zn元素，用以消除Al元素添加所導(dǎo)致的合金塑性下降的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是解決由于加工過(guò)程中附帶加進(jìn)鋁的稀土鎂合金加工余料回收的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)本合金的成分及制備方法的工藝，在獲得高性能的前提下，降低稀土鎂合金的制備成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種含微量Al元素的稀土變形鎂合金，其重量百分比組成為：Gd：6.5～15.0%，Y：3.0～5.5%，Zn：2.0～4.0%，Nd：0.3～1.5%，Zr：0.3～0.9%，Al：0.4～1.0%，余量為Mg。

本體系合金中每類元素均有其作用，稀土元素（包括Gd、Y、Nd）在合金的形成主要的強(qiáng)化相，利用其具有一定固溶度的特點(diǎn)，可以時(shí)效強(qiáng)化合金；Zn元素主要是和稀土元素形成長(zhǎng)周期有序結(jié)構(gòu)（LPSO相），該相的存在可以很大程度上提高合金的塑形；Zr元素可以細(xì)化合金的晶粒尺寸；Al元素可以和稀土元素形成Al-RE相，提高合金的耐高溫性能。

一種含微量Al元素的稀土變形鎂合金的制備方法，包括如下步驟：

（1）原料準(zhǔn)備，方式有以下兩種：

本發(fā)明的設(shè)計(jì)目標(biāo)合金為：

Mg-(6.5～15.0)Gd-(3.0～5.5)Y-(2.0-4.0)Zn-(0.3～1.5)Nd-(0.3～0.9)Zr-(0.4-1.0)Al

按本發(fā)明的設(shè)計(jì)鎂合金成分的重量百分比進(jìn)行備料；或者采用變形后的稀土鎂合金壓余，經(jīng)過(guò)成分測(cè)試，添加Al和/或Zn；

（2）合金熔煉

將預(yù)熱爐升溫到300℃～400℃，并將熔化爐升溫到600℃～900℃，同時(shí)向上述兩個(gè)爐子里通入保護(hù)氣體；原料分別在預(yù)熱爐中預(yù)熱后，加入到預(yù)熱的熔煉爐中進(jìn)行合金熔煉，至完全熔化后，加入超聲設(shè)備以及攪拌裝置，對(duì)熔液進(jìn)行機(jī)械攪拌及超聲處理；

（3）合金半固態(tài)擠壓

攪拌后，將機(jī)械攪拌及超聲處理裝置全部取出，熔液倒入半固態(tài)擠壓機(jī)的腔室內(nèi)，降溫至600℃～650℃，保溫10min，進(jìn)行半固態(tài)擠壓，擠壓棒材的直徑為10mm～200mm之間；

（4）冷卻及預(yù)拉伸處理