CN104152768A - 一种耐热稀土镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种耐热稀土镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：7.2-8.2%，Cu：2.1-2.4%，Th：3.1-3.4%，Ga：4.0-5.0%，La：0.9-1.4%，Ce：1.0-1.1%，Y：1.2-1.4%，Er：0.1-0.3%，Nb：0.2-0.4%，Ge：1.6-1.8%，Dy：0.7-0.9%，Zn：4.1-4.6%，Ir：0.5-0.8%，余量为Mg。本发明还提出了该合金的制备方法。本合金具有良好力学性能、耐热性能和抗蠕变性能。
Description
技术领域
本发明属于耐热镁合金材料领域，尤其是一种耐热稀土镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金由于具有较小的密度（是实用结构金属中密度最小的一种）使其在许多场合具有十分显著的优势。特别是在航空、航天、以及汽车、摩托车、高速/轻轨列车的场合还具有惯性小的优势，这对于交通工具的启动和制动具有显著作用。但目前由于现有镁合金的高温抗蠕变性能差，长期工作温度不能超过120℃，使其无法用于制造对高温蠕变性能要求高的汽车发动机及其他传动部件，因此极大地阻碍了镁合金的进一步应用。也正是由于这样，国内外对于具有高温抗蠕变性能的耐热镁合金的研究开发给予了高度重视，并先后试制研究了一系列的耐热镁合金。然而，真正得到实际应用的主要集中在少数合金上，而且即使得到应用的耐热镁合金也因为存在各自不同的问题而使其应用受到不同程度的限制。因此，有必要进一步研究开发新型的耐热镁合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好力学性能和抗蠕变性能的耐热稀土镁合金及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐热稀土镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：7.2-8.2%，Cu：2.1-2.4%，Th：3.1-3.4%，Ga：4.0-5.0%，La：0.9-1.4%，Ce：1.0-1.1%，Y：1.2-1.4%，Er：0.1-0.3%，Nb：0.2-0.4%，Ge：1.6-1.8%，Dy：0.7-0.9%，Zn：4.1-4.6%，Ir：0.5-0.8%，余量为Mg。
所述耐热稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照重量百分比含量配取纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金作为原材料；
(2)原料干燥：将纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金放置于90～110℃的空气炉中进行干燥，干燥时间为7～8小时；
(3)熔炼：向电阻坩埚炉中充入体积比为1：70的SF6和CO2混合汽体，并将电阻坩埚炉预热至500～600℃，然后加入纯Mg锭并将埚炉温度升至730～750℃，待纯镁锭完全熔化后，加入Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金，待所有原料完全熔化后将温度升至790～840℃，然后搅拌均匀，再降至760～780℃，静置45分钟；
(4)精炼：将熔炼炉升温至810～830℃对合金液进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为15～25分钟，精炼完后在760～780℃保温静置10～20分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl2：37％；CaF2：9%；MgCl2：19%；余量为KCl；
(5)浇铸：将内腔尺寸长为55cm，宽为55 cm，高为100 cm的的模具预热到500～600℃，然后将镁合金精炼料浇铸到预热模具中，浇铸温度为810～830℃；
(6) 热处理：将铸件在480～550℃温度范围内保温24～36h进行固溶处理，后立即置于70～80℃热水中进行淬火，再于空气炉175～250℃保温50～60h，进行时效处理，制得镁合金坯件；
(7)挤压：将所得的镁合金坯件预热4～5h，预热温度为300～400℃，然后在460～480℃下进行挤压；挤压比为20：1，挤压速度为0.9～1.2m/min，挤压成5cm厚的板块；
(8) 挤压后热处理：将挤压后的板块进行时效处理，所述的时效处理工艺为：时效温度为280-300℃，保温时间为25-35h；再在175～250℃进行第二次时效处理，时效时间为45～55h；最后在150-170℃进行第三次时效处理，时效时间为55～65h。
更进一步地，按照重量百分比含量含有：Al：7.2%，Cu：2.1%，Th：3.1%，Ga：4.0%，La：0.9%，Ce：1.0%，Y：1.2%，Er：0.1%，Nb：0.2%，Ge：1.6%，Dy：0.7%，Zn：4.1%，Ir：0.5%，余量为Mg。
本合金具有良好力学性能和抗蠕变性能。
具体实施方式
实施例1
一种耐热稀土镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：7.2%，Cu：2.1%，Th：3.1%，Ga：4.0%，La：0.9%，Ce：1.0%，Y：1.2%，Er：0.1%，Nb：0.2%，Ge：1.6%，Dy：0.7%，Zn：4.1%，Ir：0.5%，余量为Mg。
所述耐热稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照重量百分比含量配取纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金作为原材料；
(2)原料干燥：将纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金放置于90℃的空气炉中进行干燥，干燥时间为7小时；
(3)熔炼：向电阻坩埚炉中充入体积比为1：70的SF6和CO2混合汽体，并将电阻坩埚炉预热至500℃，然后加入纯Mg锭并将埚炉温度升至730℃，待纯镁锭完全熔化后，加入Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金，待所有原料完全熔化后将温度升至790℃，然后搅拌均匀，再降至760℃，静置45分钟；
(4)精炼：将熔炼炉升温至810℃对合金液进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为15分钟，精炼完后在760℃保温静置10分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl2：37％；CaF2：9%；MgCl2：19%；余量为KCl；
(5)浇铸：将内腔尺寸长为55cm，宽为55 cm，高为100 cm的的模具预热到500℃，然后将镁合金精炼料浇铸到预热模具中，浇铸温度为810℃；
(6) 热处理：将铸件在480℃温度范围内保温24h进行固溶处理，后立即置于70℃热水中进行淬火，再于空气炉175℃保温50h，进行时效处理，制得镁合金坯件；
(7)挤压：将所得的镁合金坯件预热4h，预热温度为300℃，然后在460℃下进行挤压；挤压比为20：1，挤压速度为0.9m/min，挤压成5cm厚的板块；
(8) 挤压后热处理：将挤压后的板块进行时效处理，所述的时效处理工艺为：时效温度为280℃，保温时间为25h；再在175℃进行第二次时效处理，时效时间为45h；最后在150℃进行第三次时效处理，时效时间为55h。
实施例2：
一种耐热稀土镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：7.7%，Cu：2.3%，Th：3.3%，Ga：4.5%，La：1.2%，Ce：1.05%，Y：1.3%，Er：0.2%，Nb：0.3%，Ge：1.7%，Dy：0.8%，Zn：4.3%，Ir：0.7%，余量为Mg。
所述耐热稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照重量百分比含量配取纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金作为原材料；
(2)原料干燥：将纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金放置于100℃的空气炉中进行干燥，干燥时间为7～8小时；
(3)熔炼：向电阻坩埚炉中充入体积比为1：70的SF6和CO2混合汽体，并将电阻坩埚炉预热至550℃，然后加入纯Mg锭并将埚炉温度升至740℃，待纯镁锭完全熔化后，加入Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金，待所有原料完全熔化后将温度升至825℃，然后搅拌均匀，再降至770℃，静置45分钟；
(4)精炼：将熔炼炉升温至820℃对合金液进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为20分钟，精炼完后在770℃保温静置15分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl2：37％；CaF2：9%；MgCl2：19%；余量为KCl；
(5)浇铸：将内腔尺寸长为55cm，宽为55 cm，高为100 cm的的模具预热到550℃，然后将镁合金精炼料浇铸到预热模具中，浇铸温度为820℃；
(6) 热处理：将铸件在515℃温度范围内保温30h进行固溶处理，后立即置于75℃热水中进行淬火，再于空气炉213℃保温55h，进行时效处理，制得镁合金坯件；
(7)挤压：将所得的镁合金坯件预热4.5h，预热温度为350℃，然后在470℃下进行挤压；挤压比为20：1，挤压速度为1.1m/min，挤压成5cm厚的板块；
(8) 挤压后热处理：将挤压后的板块进行时效处理，所述的时效处理工艺为：时效温度为290℃，保温时间为30h；再在215℃进行第二次时效处理，时效时间为50h；最后在160℃进行第三次时效处理，时效时间为60h。
实施例3：
一种耐热稀土镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：8.2%，Cu：2.4%，Th：3.4%，Ga：5.0%，La：1.4%，Ce：1.1%，Y：1.4%，Er：0.3%，Nb：0.4%，Ge：1.8%，Dy：0.9%，Zn：4.6%，Ir：0.8%，余量为Mg。
所述耐热稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照重量百分比含量配取纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金作为原材料；
(2)原料干燥：将纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金放置于110℃的空气炉中进行干燥，干燥时间为8小时；
(3)熔炼：向电阻坩埚炉中充入体积比为1：70的SF6和CO2混合汽体，并将电阻坩埚炉预热至600℃，然后加入纯Mg锭并将埚炉温度升至750℃，待纯镁锭完全熔化后，加入Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金，待所有原料完全熔化后将温度升至840℃，然后搅拌均匀，再降至780℃，静置45分钟；
(4)精炼：将熔炼炉升温至830℃对合金液进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为25分钟，精炼完后在780℃保温静置20分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl2：37％；CaF2：9%；MgCl2：19%；余量为KCl；
(5)浇铸：将内腔尺寸长为55cm，宽为55 cm，高为100 cm的的模具预热到600℃，然后将镁合金精炼料浇铸到预热模具中，浇铸温度为830℃；
(6) 热处理：将铸件在550℃温度范围内保温36h进行固溶处理，后立即置于80℃热水中进行淬火，再于空气炉250℃保温60h，进行时效处理，制得镁合金坯件；
(7)挤压：将所得的镁合金坯件预热5h，预热温度为400℃，然后在480℃下进行挤压；挤压比为20：1，挤压速度为1.2m/min，挤压成5cm厚的板块；
(8) 挤压后热处理：将挤压后的板块进行时效处理，所述的时效处理工艺为：时效温度为300℃，保温时间为35h；再在250℃进行第二次时效处理，时效时间为55h；最后在170℃进行第三次时效处理，时效时间为65h。
实施例1-3得到的合金的性能列于下表
Claims (3)
1.一种耐热稀土镁合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Al：7.2-8.2%，Cu：2.1-2.4%，Th：3.1-3.4%，Ga：4.0-5.0%，La：0.9-1.4%，Ce：1.0-1.1%，Y：1.2-1.4%，Er：0.1-0.3%，Nb：0.2-0.4%，Ge：1.6-1.8%，Dy：0.7-0.9%，Zn：4.1-4.6%，Ir：0.5-0.8%，余量为Mg。
2.如权利要求1所述的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：
(1)配料：按照重量百分比含量配取纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金作为原材料；
(2)原料干燥：将纯Mg锭、Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金放置于90～110℃的空气炉中进行干燥，干燥时间为7～8小时；
(3)熔炼：向电阻坩埚炉中充入体积比为1：70的SF6和CO2混合汽体，并将电阻坩埚炉预热至500～600℃，然后加入纯Mg锭并将埚炉温度升至730～750℃，待纯镁锭完全熔化后，加入Al-Cu中间合金、纯Al锭、Al-Th中间合金、Al-Ga中间合金、Al-La中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金、纯Er、Al-Nb中间合金、Al-Ge中间合金、纯Dy、纯Zn、Al- Ir中间合金，待所有原料完全熔化后将温度升至790～840℃，然后搅拌均匀，再降至760～780℃，静置45分钟；
(4)精炼：将熔炼炉升温至810～830℃对合金液进行精炼，边搅拌边加入耐热镁合金精炼剂，精炼时间为15～25分钟，精炼完后在760～780℃保温静置10～20分钟，所述耐热镁合金精炼剂的组成为： NaCl2：37％；CaF2：9%；MgCl2：19%；余量为KCl；
(5)浇铸：将内腔尺寸长为55cm，宽为55 cm，高为100 cm的的模具预热到500～600℃，然后将镁合金精炼料浇铸到预热模具中，浇铸温度为810～830℃；
(6) 热处理：将铸件在480～550℃温度范围内保温24～36h进行固溶处理，后立即置于70～80℃热水中进行淬火，再于空气炉175～250℃保温50～60h，进行时效处理，制得镁合金坯件；
(7)挤压：将所得的镁合金坯件预热4～5h，预热温度为300～400℃，然后在460～480℃下进行挤压；挤压比为20：1，挤压速度为0.9～1.2m/min，挤压成5cm厚的板块；
(8) 挤压后热处理：将挤压后的板块进行时效处理，所述的时效处理工艺为：时效温度为280-300℃，保温时间为25-35h；再在175～250℃进行第二次时效处理，时效时间为45～55h；最后在150-170℃进行第三次时效处理，时效时间为55～65h。
3.如权利要求1所述的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：按照重量百分比含量含有：Al：7.2%，Cu：2.1%，Th：3.1%，Ga：4.0%，La：0.9%，Ce：1.0%，Y：1.2%，Er：0.1%，Nb：0.2%，Ge：1.6%，Dy：0.7%，Zn：4.1%，Ir：0.5%，余量为Mg。
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