CN104651692A

CN104651692A - 一种高强韧耐热稀土镁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104651692A
Application number: CN201310589981.3A
Authority: CN
Inventors: 毛萍莉; 刘正; 王峰
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-27

Abstract

本发明属于有色金属领域，主要涉及一种高强韧稀土镁合金及其制备方法，其中镁合金的化学组成及质量百分比为：Al：1~7wt%，Ca:1~3%，Y:0~5wt%，Nd:0~5wt%，2wt.%≤Y+Nd≤6wt.%，Gd:3~8wt.%，Zn:1~5wt.%，Zn/（Nd+Y）:0.5~1.2wt.%，Zr:0.3~0.5%wt.%，余量为Mg，杂质元素总量不超过0.3%。制备的合金具有优良的耐冲击性能，可广泛应用于制备汽车前端等需要耐冲击的部件。

Description

一种高强韧耐热稀土镁合金及其制备方法

技术领域：

本发明属于有色金属领域，特别涉及一种高强韧耐热稀土镁合金及其制备方法。

背景技术：

我国具有丰富的镁资源，耐热镁合金的研究和开发符合汽车、航空航天等工业发展要求。镁合金的研究也引起了我国的高度重视，已列入“十五”规划的重大专项攻关课题，高温镁合金也是“十一五”规划中材料研究的重点。值得重视的是，现有镁合金在汽车上的用量远没有达到人们期待的水平，镁合金的研究与应用都有着很长的路要走。有关统计数字表明,在过去10年里,镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右,这种发展趋势将会在今后很长的时间内持续下去。目前，镁合金在汽车上的应用还仅局限于一些在常温下运行的壳体型零件(如手动变速器壳和盖、离合器壳等)和车内部件(如方向盘系统、仪表面板等)，而这些零件在整车中所占重量比是十分有限的。要达到每台车上用185公斤镁合金的目标，必须实现发动机和底盘零件(包括轮毂)的镁合金化。这就对镁合金的性能提出了更高要求。发动机和传动机构的零件要求材料具有优良的耐热性能(高温强度和抗蠕变性能)，而底盘零件则需要高强度、高韧性、抗疲劳和耐腐蚀性能。因此，开发新型高性能、低成本的镁合金是当前世界汽车业急需解决的重大课题。本项目正是着眼于21世纪汽车工业的发展方向，立足于我国丰富的镁资源，设计、研制和开发适合于我国国情的低成本、耐热抗蠕变汽车用镁合金及实现其产业化生产，目的是加速我国汽车产品轻量化的进程，实现节约能耗，减少排污，提高安全性能。显然，这对于提高我国镁合金产品的档次，促进我国汽车工业赶超国际先进水平都具有重要的战略意义。

发明内容：

发明目的：

本发明涉及一种新型高强韧耐热稀土镁合金及其制备方法，使其具有优良的力学性能及耐热性能，可能应用于汽车动力总成系统。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高强韧耐热稀土镁合金，其特征在于：镁合金的化学成分按重量计为：Al：1～7wt%，Ca:1～3%，Y:0～5wt%，Nd:0～5wt%，2wt.%≤Y+Nd≤6wt.%，Gd:3～8wt.%，Zn:1～5wt.%，Zn/（Nd+Y）:0.5～1.2wt.%，Zr:0.3～0.5%wt.%，余量为Mg，杂质元素总量不超过0.3%。

一种如上所述高强韧耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：

将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和N₂或CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，根据需要进行压铸或砂型铸造或挤压铸造或金属型铸造。

对铸造后的合金进行固熔及时效处理，固熔温度：450℃，时间8-12小时；时效：230℃，时间72小时。

对固溶后的试样进一步的挤压或轧制。

优点及效果：

本发明是一种高强度铸造镁合金及其制备方法，具有如下优点：

本发明所涉及镁合金为铸造镁合金，在铸造状态下就具有较高的强度及韧性，在使用时不需要经过后续的热机械加工。本发明所涉及的镁合金还可采用铸态下热处理的方式进一步提高其强度及韧性。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

一种高强韧耐热稀土镁合金，其特征在于：镁合金的化学成分按重量计为：Al：1～7wt%，Ca:1～3%，Y:0～5wt%，Nd:0～5wt%，2wt.%≤Y+Nd≤6wt.%，Gd:3～8%，Zn:1～5wt.%，Zn/（Nd+Y）：0.5～1.2wt.%，Zr:0.3～0.5%wt.%，余量为Mg，杂质元素总量不超过0.3%。

该镁合金在700℃下具有良好的流动性，较低的缩孔和疏松倾向，在室温时具有较高的强度及韧性，在高温时具有一定的强度。

该镁合金适用于压铸、砂型铸造、金属型铸造等，也适用于挤压，轧制等变形方法。

根据需要对铸造后的合金可进行固熔及时效处理，固熔温度：450℃，时间8-12小时；时效：230℃，时间72小时。

对固溶后的试样进一步的挤压或轧制。

对于铸造合金，依据铸造方法，其T6性能可达到：

σ_b：250～290MPa；σ_s：185～210MPa 室温，

σ_b：170～190MPa；σ_s：135～150MPa 250℃，

对于变形态合金，其性能可达到：

σ_b：380～410MPa；σ_s：290～320MPa。

实施例1

将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和N₂或CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，进行压铸，压铸时的工艺参数为：压射速度为2.34m/s，浇注温度为710℃，模具初始温度为220℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												8	5	1	0.4	4.5	3	1	0.008	0.002	0.003	0.002	余量

将合金压铸成拉伸试样，进行T6处理，测得的室温拉伸性能为：

σ_b=285MPa，σ_s=193MPa

250℃下拉伸性能为：

σ_b=182MPa，σ_s=136MPa。

实施例2

将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和N₂或CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，采用金属型铸造，浇注前，模具预热到200℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												6.8	2.5	3.5	0.5	3	1	5.9	0.009	0.003	0.002	0.003	余量

将合金用金属模铸造成试样，进行T6处理，测得的室温拉伸性能为：

σ_b=264MPa，σ_s=187MPa

250℃下拉伸性能为：

σ_b=185MPa，σ_s=140MPa。

实施例3

将坩埚预热至300℃，通入体积分数为（0.6%的SF6+99.4的N2）混合保护气体，将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和N₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，采用金属型铸造成Φ100的锭坯，车去表面氧化皮之后，在450℃，固熔8小时，挤压。挤压模具温度400℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												8	0.5	5	0.3	5	1.2	6.8	0.008	0.001	0.002	0.003	余量

挤压之后的合金，其性能可达到：

σ_b：410MPa；σ_s：310MPa。

实施例4

将坩埚预热至300℃，通入体积分数为（0.6%的SF6+99.4的CO₂）混合保护气体，将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，采用挤压型铸造成Φ100的锭坯，车去表面氧化皮之后，在450℃，固熔12小时，挤压。挤压模具温度400℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												3	2.2	1.8	0.4	5	1.2	6.8	0.008	0.001	0.002	0.003	余量

挤压之后的合金，其性能可达到：

σ_b：410MPa；σ_s：310MPa。

实施例5

将坩埚预热至300℃，通入体积分数为（0.6%的SF6+99.4的CO₂）混合保护气体，将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，采用砂型型铸造成Φ100的锭坯，车去表面氧化皮之后，在450℃，固熔10小时，轧制。轧制温度400℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												5.3	3.2	2.3	0.4	5	1.2	6.8	0.008	0.001	0.002	0.003	余量

轧制之后的合金，其性能可达到：

σ_b：410MPa；σ_s：310MPa。

实施例6

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												6.8	0	4	0.5	3	1.3	6.3	0.008	0.003	0.002	0.003	余量

σ_b=258MPa，σ_s=173MPa

250℃下拉伸性能为：

σ_b=190MPa，σ_s=133MPa。

实施例7

将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150～200℃并在有SF₆和N₂或CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，采用金属型铸造成Φ100的锭坯，铸造之前模具预热到200℃。铸锭表面车去氧化皮之后，在450℃，固熔10小时，轧制。轧制温度400℃。

获得的铸件成分如下表所示（按重量百分比）：

Gd	Y	Nd	Zr	Zn	Ca	Al	Si	Fe	Ni	Cu	Mg
												7	2	0	0.5	1	2	7	0.008	0.003	0.002	0.003	余量

轧制之后的合金，其性能可达到：

σ_b：398MPa；σ_s：320MPa。

结论：

本发明提出了一种高强韧稀土镁合金及其制备方法，通过在镁熔体中添加Al、Zn、Ca、Nd、Y和Gd等元素，使其强度及韧性提高，从而提高其耐冲击性能，可应用于汽车部件。

Claims

1.一种高强韧耐热稀土镁合金，其特征在于：镁合金的化学成分按重量计为：Al：1~7wt%，Ca: 1~3%，Y: 0~5wt%，Nd: 0~5wt%，2wt.%≤Y+Nd≤6wt.%，Gd: 3~8wt.%，Zn: 1~5wt.%，Zn/（Nd+Y）: 0.5~1.2 wt.%，Zr: 0.3~0.5% wt.%，余量为Mg，杂质元素总量不超过0.3%。

2.一种如权利要求1所述高强韧耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：

将纯镁锭，Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热至150~200℃并在有SF₆和N₂或CO₂混合气体保护的熔炉中熔化，待合金全部熔化后，将温度升至720℃，将Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Zr、Mg-Ca中间合金预热后直接加入熔体中，并用搅拌工具使其混合均匀，静置10分钟，然后降温至680℃，扒去表面浮渣，根据需要进行压铸或砂型铸造或挤压铸造或金属型铸造。

3.根据权利要求2所述的高强韧耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：对铸造后的合金进行固熔及时效处理，固熔温度：450℃，时间8-12小时；时效：230℃，时间72小时。

4.根据权利要求2所述的高强韧耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于：对固溶后的试样进一步的挤压或轧制。