CN102392166B - 一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法,它涉及一种镁合金及其制备方法。本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题。本发明镁合金铸锭是由Gd、Y、Zn、Zr和Mg制备而成。方法:首先按质量分数配比材料,其次采用分步熔炼的方式将配比材料全部熔炼,然后采用RJ-5溶剂进行精炼,最后浇铸得到大型铸锭。本发明的优点:一、本发明制备的镁合金铸锭的直径达到500mm,长度为2500mm~3500mm;二、对本发明制备的镁合金铸锭表面质量优良、杂质含量低、无缩孔,且成分均匀。本发明主要用于制备大型Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金及其制备方法。
背景技术
20世纪90年代以来,全球掀起了镁合金开发应用的热潮,正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”,世界镁产业以每年15%~25%的幅度增长,这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁合金广泛应用于航空、航天、交通工具、3C产品、纺织和印刷行业等。但是普通镁合金的强度不高,特别是高温性能很差,从而限制了其应用范围。因此,具备优良的室温及高温性能的超高强镁合金的开发就显得尤为重要。
稀土元素由于具有独特的核外电子排布,在冶金、材料领域中有独特的作用,具有净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能;加入Zn元素不仅可以提高合金的耐蚀性能,而且会在稀土镁合金中形成长周期堆垛结构(LPSO),可以进一步提高镁合金的强度。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土及Zn元素的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能。但是,随合金中Zn元素含量增加,高强稀土镁合金铸锭易开裂,限制了超高强镁合金的铸锭尺寸,例如在《一种高强度抗蠕变镁合金及其制备方法》(专利公开号:CN101153361A)中公开一种高强度抗蠕变镁合金,合金成分重量百分比为:6%Y、Gd5%、2%Zn、Zr0.5%,杂质元素小于0.02%,其余为Mg,虽然制备的镁合金具有高强度和抗蠕变的性能,但是制备的镁合金铸锭存在尺寸小的问题,尺寸一般直径小于300mm,长度小于2m,这就限制了超高强镁合金在大型结构件上面的应用,制约了我国稀土镁合金产业的发展。
发明内容
本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题,而提供一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法。
一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由5%~11%Gd、3%~8%Y、0.5%~2.5%Zn、0.2%~1.0%Zr和80%~90%Mg制备而成。
一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
一、备料:按质量分数5%~11%Gd、3%~8%Y、0.5%~2.5%Zn、0.2%~1.0%Zr和80%~90%Mg配比材料,所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Zn材料和Mg-Zr中间合金;二、熔炼:①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料放入熔炼炉中,在700℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化,②、待①中加入的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金,并在750℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化,③、待②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金,同时加入RJ-5溶剂,在750℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化,得到熔体,④、将炉内温度调节至730℃~820℃,并向熔体中通入经750℃~820℃预热过Ar气,同时加入RJ-5溶剂进行精炼,精炼5min~15min,得到精炼熔体,然后在0.01~0.02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中,在750℃~820℃下静置80min~120min,然后降温至680℃~725℃得到待浇铸熔体;三、浇铸成型:以浇铸速度为25~50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中,采用室温的冷却水,在冷却水压力0.015MPa~0.4MPa下冷却成型,得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。
本发明的优点:一、本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm,长度为2500mm~3500mm;二、对本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭进行成分测试、组织观察体可知表面质量优良,通过电感耦合等离子体(ICP)成分分析法检测本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知杂质含量低,通过光学显微镜观察本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知无缩孔,通过ICP成分分析仪检测可知本发明备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭成分均匀。
附图说明
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由5%~11%Gd、3%~8%Y、0.5%~2.5%Zn、0.2%~1.0%Zr和80%~90%Mg制备而成。
本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm,长度为2500mm~3500mm。
具体实施方式二:本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
一、备料:按质量分数5%~11%Gd、3%~8%Y、0.5%~2.5%Zn、0.2%~1.0%Zr和80%~90%Mg配比材料,所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Zn材料和Mg-Zr中间合金;二、熔炼:①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料放入熔炼炉中,在700℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化,②、待①中加入的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金,并在750℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化,③、待②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金,同时加入RJ-5溶剂,在750℃~850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化,得到熔体,④、将炉内温度调节至730℃~820℃,并向熔体中通入经750℃~820℃预热过Ar气,同时加入RJ-5溶剂进行精炼,精炼5min~15min,得到精炼熔体,然后在0.01~0.02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中,在750℃~820℃下静置80min~120min,然后降温至680℃~725℃得到待浇铸熔体;三、浇铸成型:以浇铸速度为25~50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中,采用室温的冷却水,在冷却水压力0.015MPa~0.4MPa下冷却成型,得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。
本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm,长度为2500mm~3500mm。
采用下述试验验证发明效果:
试验一:一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
一、备料:按质量分数8.1%Gd、3%Y、1%Zn、0.3%Zr和87.6%Mg配比材料,所述的材料为2#镁锭、Mg-30wt%Gd中间合金、Mg-30wt%Y中间合金、1#锌锭和Mg-25wt%Zr中间合金;二、熔炼:①、将步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭放入熔炼炉中,在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭完全熔化,②、待①中加入的2#镁锭和1#锌锭完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-30wt%Gd中间合金,并在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-30wt%Gd中间合金完全熔化,③、待②中加入的Mg-30wt%Gd中间合金完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-25wt%Zr中间合金和Mg-30wt%Y中间合金,同时加入RJ-5溶剂,在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-25wt%Zr中间合金和Mg-30wt%Y中间合金完全熔化,得到熔体,④、将炉内温度调节至770℃,并向熔体中通入经770℃预热过Ar气,同时加入RJ-5溶剂进行精炼,精炼5min,得到精炼熔体,然后在0.015MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中,在760℃下静置100min,然后降温至700℃得到待浇铸熔体;三、浇铸成型:以浇铸速度为42mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中,采用室温的冷却水,在冷却水压力0.3MPa下冷却成型,得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。
本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭直径为350mm,长度为2940mm。
利用电感耦合等离子体分析仪检测本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的心部至表面,得到成分分析图,如图1所示,从结果可以看出本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的成分均匀,未发生明显偏析,对本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部的ICP成分测试结果如表1所示,通过表1可知杂质含量低。
表1
合金元素 | Gd | Y | Zn | Zr | Fe | Cu | Si | Ni |
含量(wt%) | 8.09 | 2.96 | 1.00 | 0.15 | 0.003 | 0.002 | 0.008 | 0.004 |
对本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭采用光学显微观察,得到光学显微组织图,如图2所示,通过图2可知本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭无缩孔。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二的不同点是:步骤一中所述的含Zn材料为纯Zn锭或Mg-Zn中间合金。其它与具体实施方式二相同。
Claims (2)
1.一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭,其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由8.1%Gd、3%Y、1%Zn、0.3%Zr和87.6%Mg制备而成,所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径为350mm,所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的长度为2940mm。
2.如权利要求所述的一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法,其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭是按以下步骤完成的:
一、备料:按质量分数8.1%Gd、3%Y、1%Zn、0.3%Zr和87.6%Mg配比材料,所述的材料为2#镁锭、Mg-30wt%Gd中间合金、Mg-30wt%Y中间合金、1#锌锭和Mg-25wt%Zr中间合金;二、熔炼:①、将步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭放入熔炼炉中,在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭完全熔化,②、待①中加入的2#镁锭和1#锌锭完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-30wt%Gd中间合金,并在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-30wt%Gd中间合金完全熔化,③、待②中加入的Mg-30wt%Gd中间合金完全熔化后,加入步骤一准备的Mg-25wt%Zr中间合金和Mg-30wt%Y中间合金,同时加入RJ-5溶剂,在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-25wt%Zr中间合金和Mg-30wt%Y中间合金完全熔化,得到熔体,④、将炉内温度调节至770℃,并向熔体中通入经770℃预热过Ar气,同时加入RJ-5溶剂进行精炼,精炼5min,得到精炼熔体,然后在0.015MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中,在760℃下静置100min,然后降温至700℃得到待浇铸熔体;三、浇铸成型:以浇铸速度为42mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中,采用室温的冷却水,在冷却水压力0.3MPa下冷却成型,得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭;步骤三所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径为350mm,所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的长度为2940mm。
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