[發明專利]一種高強耐熱變形鎂合金及其制造方法

有效

• 申請號: 201410455627.6
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104195397B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 李華倫;樊世波;王澤曉
• 申請（專利權）人: 山西銀光華盛鎂業股份有限公司
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及鎂合金及其制造技術，尤其涉及一種高強耐熱變形鎂合金及其制造方法。

背景技術

汽車、航空航天、軌道交通、建筑、軍工等高端結構面臨減輕結構重量的巨大壓力。鋁合金已難于進一步大幅度的減重；成層材料、纖維增強復合材料等的高低溫性能不佳、不導電、損傷容限性能低、成本高，只適于制造部分的原型結構。普通鎂合金也很難滿足高端結構需要，普通鎂合金室溫強度偏低、高溫強度和抗蠕變性能也較低。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高強耐熱變形鎂合金及其制備方法。

本發明所述的一種變形鎂合金，它的化學成分以質量百分比計為：4.5～6.5％Gd，1.5～3.5％Ymm，1.5～2.5％Zn，0.3～0.5%Zr，余量為Mg。

Y和Gd在鎂固溶體中具有較高固溶度，且其固溶度隨溫度的降低而呈指數關系顯著減小，這意味著Mg-Gd-Y系合金系可以通過熱處理獲得沉淀強化效果。在Mg-Gd-Y的基礎上進一步多元合金化，可獲得優良的高溫強度、抗蠕變性能及耐熱性能以及良好的塑性和耐腐蝕性。在稀土-鎂合金系中加入微量的Zn可以提高合金的固溶強化和析出強化效果，從而進一步改善合金的性能。

鎂合金熔煉配料需要將稀土元素燒損考慮進去，并在熔煉時降低燒損，降低雜質元素污染，加強合金液凈化操作。稀土鎂合金對雜質的敏感性比常規鎂合金更高，稀土與雜質發生反應生成高密度化合物并沉淀，雖然能使材料純凈化，但造成稀土元素急劇損耗。對原材料的有害雜質元素適當限制，使用雜質元素含量低的原材料。本發明所述的變形鎂合金中雜質元素總量≤0．2％，雜質中：Si≤0．05％、Fe≤0．004％、Cu≤0．01％、Ni≤0．00２％。

作為一種優選的技術方案，本發明所述的變形鎂合金的化學成分以質量百分比計為：?88.6％Mg，6％Gd，3％Ymm，2％Zn，0.4%Zr。

本發明所述的變形鎂合金的制造方法，包括：

步驟一，先將鎂合金熔化爐加熱到400～500℃，加入爐料中的全部純鎂錠、純鋅錠，待其全部熔化并升溫至730～750℃精煉，為了預防升溫過程鎂合金的氧化、燃燒和吸收潮氣，在坩堝內液面撒占爐料質量為0.5-1.0%的5號熔劑，5號熔劑的成分為

20-35%MgCl₂,16-29%KCl,8-12%BaCl₂,14-23%MgF₂,14-23%CaF₂，并上下攪拌5～8分鐘后靜置5～10分鐘。所述的爐料是指純鎂錠、純鋅錠和Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金，Mg-Ymm中間合金，純鎂錠、純鋅錠是指爐料中除以中間合金形態的鎂外全部純金屬錠，其占總合金質量百分比不固定，這與步驟二中采用的中間合金成分有關。采用含一定量的鉻元素的鋼板焊接坩堝，熔煉工藝規定先將純鎂錠精煉后，升溫較高的溫度后再分批攪拌加入鋯及稀土元素的中間合金，以較快的熔化速盡量縮短熔化時間。

步驟二，當合金液繼續升溫至780～800℃時，?清除表面浮渣，用預熱的鐘罩分批將預熱至250～300℃的Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金，Mg-Ymm中間合金用熔煉工具壓入坩堝中合金液并沿水平方向移動鐘罩，使之全部溶解后，再攪拌1～2分鐘后靜置。高溫加中間合金能避免大密度元素或其化合物的沉淀損耗。

步驟三，靜置期間將合金液的溫度逐步降低到710-730℃后，用合金液泵通過管道輸送到半連鑄機的結晶器內，澆注成熱變形加工用的鑄坯。

可以采用鑄鐵模澆注或電磁半連鑄獲得更高質量的鑄坯鑄造組織是由樹枝狀晶、晶界共晶和晶內分布的析出物呈孤島狀。?基體相為溶有Gd、Y、Nd、Zn等的α-Mg相，晶界和晶內分布的析出物為Mg5(Gd,Y)和?Mg24(Y,Gd)5或更復雜的化合物等。在基體中均勻分布有凝固過程析出0.3-2微米的高熔點稀土化合物顆粒。這類顆粒一般熔點較高具有良好的熱力學穩定性所以在合金凝固過程中不溶于鎂基體。在高溫彌散相能阻止位錯的移動保持了合金的高溫強度。晶界網狀共晶相使鑄造性能明顯改善，特別是在Mg-Gd-Y系極易出現的鑄錠開裂缺陷消失，鑄坯料良品率顯著提高。

步驟四，將鑄坯在400-460℃、保溫8-12小時后取出，空冷至室溫，固溶處理的鑄坯再加熱至350-450℃后實施熱塑性成形加工。也可以在取出后進行多道次熱軋，制造鎂合金板材。