[發明專利]適于低壓鑄造的高強韌耐熱Mg-Gd-Er合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910250344.0
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109881065B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 劉子利;葉兵;劉希琴;丁文江;蔣海燕
• 申請（專利權）人: 鳳陽愛爾思輕合金精密成型有限公司;南京航空航天大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C23/04;C22C1/03;C22C1/06;B22D18/04;C22F1/06;C22F1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 朱林

本發明提供了適于低壓鑄造的高強韌耐熱Mg?Gd?Er合金及其制備方法，該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；其中M為Ti，B中一種或兩種元素。制備方法：1)按Mg?Gd?Er合金成分進行配料；2)將工業純鎂錠熔化；3)升溫至700℃，將工業純鋅和Mg?Gd、Mg?Er和Mg?Mn中間合金熔化；4)升溫至730℃，加入工業純鋁錠、Al?Ti、Al?Ti?B、Al?B中間合金全部熔化后，精煉得到鎂合金熔體；5)低壓鑄造；6)二級固溶處理、人工時效處理。本發明適于低壓鑄造的高強韌耐熱Mg?Gd?Er合金經低壓鑄造、二級固溶處理與人工時效熱處理后，室溫抗拉強度達到305MPa，延伸率18％；200℃下高溫拉伸抗拉強度達到214MPa，延伸率22％，滿足航空航天、汽車等行業對輕量化發展的高端需求。

技術領域

本發明涉及適于低壓鑄造的高強韌耐熱Mg-Gd-Er合金，滿足航空航天、汽車、電訊等行業對輕量化發展的高端需求。本發明還涉及適于低壓鑄造的高強韌耐熱Mg-Gd-Er合金的制備方法，屬于工業用鎂合金及制造領域。

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。鑄造鋁合金具有必要的強韌性能和熱穩定性，目前已經廣泛用于生產發動機缸體和缸蓋及輪轂等零件，代表的合金為A354、A356和A380。如果鎂合金取代鑄造鋁合金，它必須具備等同的強韌性能，且價廉、易于鑄造。低壓鑄造是在密封的坩堝內通入干燥的壓縮空氣或惰性氣體，借助于作用于金屬液面上的壓力，將液態合金沿升液管自下而上通過澆道平穩地壓入金屬型或砂型等鑄型型腔，并在壓力作用下凝固獲得鑄件的鑄造方法。與目前普遍采用的合金壓鑄工藝等相比較，低壓鑄造是生產大型形狀復雜的優質高性能鑄件的主要方法。

Mg-Al類鎂合金的應用最早，其主要合金元素鋁和鎂的原子半徑差較大同時在鎂中有較大的固溶度，在合金中起固溶強化和析出強化的作用。在1925年發現少量的Mn顯著提高Mg-Al-Zn系鎂合金的耐蝕性后，AZ(如AZ91)和AM系鎂合金(如AM60、AM50)發展成為目前應用最廣泛的商業化鎂合金。然而AZ和AM鎂合金的高溫蠕變性能很差，比常用鋁合金低一個數量級還多，在溫度高于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，但其常溫和高溫力學性能仍無法達到鑄造鋁合金的水平，嚴重限制了其應用發展。例如，申請公布號為CN109136701A的專利文獻(一種砂型重力鑄造鎂合金材料及其制備方法)公開的鎂合金成分含量為：3.5～4.5wt.％Al，0.5～4.5wt.％的La、Ce、Pr中的一種或幾種的混合稀土，0.2～0.5wt.％Mn，0.01～2.5wt.％的Gd、Y、Sm、Nd、Er、Eu、Ho、Tm、Lu、Dy、Yb中的一種或幾種混合稀土，其余為Mg；所報道的合金的最佳常溫力學性能：抗拉強度231MPa，延伸率11.4％。