CN104294124B - 一种低稀土高强镁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低稀土高强镁合金，该镁合金由以下质量百分比的组分组成：7.5％～8.5％Al、0.4％～0.6％Y、0.2％～0.4％Sm、0.1％～0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质元素。本发明的低稀土高强镁合金，合金组分为Mg‑Al‑Y‑Sm‑Sb，具有优异的室温和高温强度，室温抗拉强度不低于250MPa，150℃时抗拉强度不低于190Mpa，满足汽车工业中对耐热温度要求不是很高的零部件的要求；稀土用量低于1％，成本较低，室温和高温强度较高，在汽车工业中有着广阔的应用前景。

Description

一种低稀土高强镁合金
技术领域
本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种低稀土高强镁合金。
背景技术
镁及镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，在许多领域应用都有十分显著的优势，特别是在汽车工业中具有其他材料无法取代的优势。但是，普通镁合金的耐热性能不佳，当温度超过120℃时，镁合金的强度迅速下降，严重阻碍其在汽车工业中的应用。虽然相继出现了一些性能较好的耐热镁合金，但是这些合金中一般都含有比例较高的稀土元素，致使合金的成本过高，应用受到限制。因此，在提高镁合金耐热性能的同时降低其成本，已成为发展镁合金材料的重要课题。
现有的耐热镁合金研究主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在镁基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段，来实现提高镁合金高温性能的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高镁合金高温性能最有效的合金元素。大部分稀土元素在镁中具有较高的固溶度极限，而且随温度下降，固溶度逐渐下降，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物相；稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界(主要是晶界)的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能对晶内位错运动和晶界滑移起到钉扎作用，从而提高镁合金的高温性能；同时，稀土元素在镁基体中的扩散速率较慢，这使得含稀土镁合金适于在较高温度环境下工作。Mg-Al系合金是重要的低成本耐热镁合金系，具有良好的铸造性能和室温力学性能，加入适量稀土元素后，其高温力学性能可进一步提高。含稀土Mg-Al系成为发展低成本耐热镁合金的一个重要合金系。
作为镁和稀土资源大国，中国关于含稀土镁合金的研究近年来不断增多和深入，稀土镁合金的成功研发将有助于我们利用这一优势。目前发展较为成功的商业稀土镁合金，其存在的主要不足是稀土含量过高，导致成本过高，其应用受到严重的限制。低稀土耐热镁合金的开发具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低稀土高强镁合金。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种低稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7.5％～8.5％Al、0.4％～0.6％Y、0.2％～0.4％Sm、0.1％～0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质元素。
杂质元素Si、Fe、Cu、Ni的总质量百分含量小于0.2％。
所述Y和Sm的质量百分比之和为0.7％～0.9％。
本发明的低稀土高强镁合金，是以镁、铝、锑和中间合金Mg-Y、Mg-Sm为原料熔炼铸造并经过固溶和时效热处理制成的。
本发明的低稀土高强镁合金，合金组分为Mg-Al-Y-Sm-Sb。本发明采用Al为第一组分，为保证合金具有良好的铸造性能和综合力学性能，Al的加入量定为7.5～8.5wt％。为了降低合金成本，稀土等其他元素的含量均严格控制，遵循的原则是多元微量。因此，Y、Sm、Sb元素的含量均低于1wt％。Y在Mg中的最大固溶度为12wt％，为保证合金得到良好的固溶强化和时效析出强化效果，同时考虑成本，Y的加入量定为0.4～0.6wt％。采用轻稀土Sm与重稀土Y组合使用，Sm可以降低Y在Mg中的固溶度，从而增加Y的时效析出强化效应；Sm在Mg中的最大固溶度为5.7wt％，为了保证强化效果而又尽量降低稀土总含量，因此本发明的Sm加入量定为0.2～0.4wt％。加入少量的Sb，可以在基体中析出热稳定性高的Mg3Sb2，在高温下有效地强化基体，抑制高温下晶界的滑移，但Sb过量会影响铸造性能和力学性能，因此本发明的Sb加入量定为0.1～0.3wt％。综合利用稀土元素Y、Sm和其他元素Sb的强化作用，进一步提高合金的室温和高温强度。
本发明的低稀土高强镁合金，合金组分为Mg-Al-Y-Sm-Sb，具有优异的室温和高温强度，室温抗拉强度不低于250MPa，150℃时抗拉强度不低于190MPa，满足汽车工业中对耐热温度要求不是很高的零部件的要求；稀土用量低于1％，成本较低，室温和高温强度较高，在汽车工业中有着广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的低稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7.5％Al、0.4％Y、0.3％Sm、0.3％Sb，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni的总质量百分含量小于0.2％，余量为Mg。Y和Sm的质量百分比之和为0.7％。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：采用刚玉坩埚、中频感应炉，在CO2+SF6混合气体保护下熔炼，待镁液升温至720℃时，浇铸到钢制模具中，得到Mg-7.5Al-0.4Y-0.3Sm-0.3Sb铸态合金，随后进行热处理：420℃固溶处理10小时，225℃时效处理16小时，即得。
将所得稀土镁合金进行拉伸试验，试验方法为：按照国家标准GB6397-86《金属拉伸实验试样》加工标准拉伸试样，在岛津AG-I250kN电子拉伸试验机上进行拉伸，试验温度为室温和150℃，拉伸速率为1mm/min。
本实施例所得低稀土高强镁合金，室温抗拉强度为250MPa，150℃时抗拉强度为190MPa。
实施例2
本实施例的低稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：8.0％Al、0.5％Y、0.4％Sm、0.2％Sb，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni的总质量百分含量小于0.2％，余量为Mg。Y和Sm的质量百分比之和为0.9％。
本实施例的低稀土高强镁合金的制备方法和拉伸试验方法同实施例1。
本实施例所得低稀土高强镁合金，室温抗拉强度为260MPa，150℃时抗拉强度为208MPa。
实施例3
本实施例的低稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：8.5％Al、0.6％Y、0.2％Sm、0.1％Sb，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni的总质量百分含量小于0.2％，余量为Mg。Y和Sm的质量百分比之和为0.8％。
本实施例的低稀土高强镁合金的制备方法和拉伸试验方法同实施例1。
本实施例所得低稀土高强镁合金，室温抗拉强度为256MPa，150℃时抗拉强度为202MPa。

Claims (2)

1.一种低稀土高强镁合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：7.5％～8.5％Al、0.4％～0.6％Y、0.2％～0.4％Sm、0.1％～0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的低稀土高强镁合金，其特征在于：所述Y和Sm的质量百分比之和为0.7％～0.9％。
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