[發明專利]高強韌耐熱壓鑄Mg-Gd-Y合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910249999.6
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109881064B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 葉兵;劉子利;張澍;蔣海燕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C23/04;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明公開了一種高強韌耐熱壓鑄Mg?Gd?Y合金及其制備方法；所述合金化學成分質量百分比含量為：3.0～7.0％RE、1.2～4.2％Zn、0.5～1.2％Al、0.1～0.3％Mn、0.01～0.08％M,余量為Mg和其他不可避免的雜質，其中RE為Gd和Y的組合元素，M為Ti，B中至少一種元素。本發明的高強韌耐熱壓鑄Mg?Gd?Y合金經壓力鑄造后，壓鑄態合金的室溫抗拉強度為282MPa以上，延伸率為10％以上，200℃高溫抗拉強度為190MPa以上，延伸率為15.0％以上，而且無需時效、固溶熱處理便可使用，滿足航空航天、汽車、電訊等行業對輕量化發展的高端需求。

技術領域

本發明屬于工業用鎂合金及其制造領域，具體涉及一種高強韌耐熱壓鑄Mg-Gd-Y合金及其壓力鑄造制備方法。

背景技術

鎂合金作為最輕的工程金屬材料(鎂的密度為鋁的2/3，鋼的1/4)，其比強度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度雖然與鋁合金和鋼相當，但遠高于工程塑料，同時具有良好的鑄造性、切削加工性好、導熱性好、阻尼性以及電磁屏蔽能力強和易于回收等一系列優點，在航空、航天、汽車、電子及國防軍工等領域有著廣泛的應用前景。鎂合金成為替代鋁合金、鋼鐵和工程塑料以實現輕量化的理想材料，其中替代潛力最大的是鋁合金。

壓力鑄造是一種將液態或半固態金屬在高壓作用下高速填充入壓鑄模型腔內并在在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。壓鑄不僅使鑄件具有較高的強度、尺寸精度和表面光潔度，而且易于實現機械化和自動化，生產效率很高，可以生產形狀復雜的薄壁鑄件，因此，在汽車、電子儀表、電訊等行業獲得了廣泛的應用。

鎂合金壓鑄是所有鑄造方法中是最有競爭力的，其在生產成本上甚至比鋁合金壓鑄還低。其原因在于(1)鎂合金的體積比熱和熱導率均較低，壓鑄不僅生產率高而且合金液對模具的熱沖擊小，模具使用壽命長；(2)鎂不與鐵反應，粘模傾向小，在相同的充型壓力下的充型速度更大，故較小的拔模斜度使其可生產外形更為復雜、公差精度更高的鑄件。近年來，由于環保壓力和輕量化節能需求的增強，鎂合金壓鑄在汽車和電訊工業上的應用獲得了快速的增長，已占鎂消費量的第二位，其中80％用于汽車工業。

AZ(如AZ91)和AM系鎂合金(如AM60、AM50)是目前應用最廣泛的商業化壓鑄鎂合金，廣泛應用于汽車和3C產品壓鑄件。AZ91D具有優良的鑄造性能，能鑄造出結構精密復雜的薄壁壓鑄件，但塑性較差，延伸率只有3％，而AM60的塑性則較好，延伸率達到8％，常用于制造儀表盤支撐件和座椅框架等減震耐沖擊的汽車安全部件，但其強度較低，屈服強度只有130MPa。另外，AZ和AM系鎂合金高溫蠕變性能很差，溫度高于150℃時的拉伸強度迅速降低，其原因在于在高溫蠕變過程中過飽和的α-Mg基體在晶界處的Mg₁₇Al₁₂相非連續析出。通過加入合金元素以改善析出相的特性(晶體結構、形態及熱穩定性)來提高Mg-Al合金的耐熱性能，在此基礎上開發了Mg-Al-RE壓鑄鎂合金。目前美國陶氏化學公司開發的綜合力學性能最佳的商用鎂合金AE44，其典型性能為屈服強度140MPa，抗拉強度247MPa，延伸率11％。AE系鎂合金鎂合金雖然具有相對優異的延伸率，但是其常溫和高溫力學性能仍無法達到目前廣泛應用的A380壓鑄鋁合金的水平，并且壓鑄時因粘模傾向而難于生產，嚴重限制了其應用發展。

鋅Zn是鎂合金中重要的合金元素，在Mg中的最大固溶度高達6.2wt％，能起到固溶強化和時效強化作用。典型的Mg-Zn系鑄造鎂合金包括ZK51A和ZK60A，變形合金包括ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A和ZK61等。隨Zn含量增加，合金的抗拉強度和屈服強度提高，但是其斷后伸長率降低，鑄造性能、工藝塑性和焊接性能惡化，特別是因凝固范圍過寬(例如ZK60的凝固區間高達265℃，Journal of Materials Science 45(14)(2010)3797-3803.)導致熱裂傾向極為嚴重，不能用于壓鑄。