CN104946949B

CN104946949B - 一种新型钇钐镁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104946949B
Application number: CN201510337674.5A
Authority: CN
Inventors: 王文礼; 张薇; 雷宁宁
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: CN104946949A

Abstract

本发明公开了一种新型钇钐镁合金及其制备方法，制得的该合金是由以下重量百分比的组分组成：稀土元素Y：2.0％～3％、稀土元素Sm：2.0％～3.0％、Zn：1.5％～2.5％、Zr：0.5％～0.8％，余量为镁和微量杂质，组分的百分比之和为100％。其制备方法是通过气体保护熔炼并经过一定的热处理工艺，其室温抗拉强度，屈服强度和延伸率等力学性能优良，具有更为经济的成本，可批量生产应用。

Description

一种新型钇钐镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体涉及一种新型的钇钐镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的工程结构材料，具有比重小、比强度和比刚度高、减振性好和易于回收等优点，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料。但是，镁合金的耐蚀性较差,高温强度、蠕变性能较低。当温度升高时强度和抗蠕变性能大幅度下降,使其难以作为关键零件材料在国防、汽车工业中更广泛地应用。因此,新型镁合金材料的开发已经成为镁合金研究和开发的主要方向之一。而常用的AZ和AM系的合金在温度超过120℃时,其力学性能就会大幅度下降,难以满足发动机和动力总成系统的要求。近年来稀土AE系镁合金发展迅速，解决了很多性能不足的问题，但是合金中稀土元素总量均超过8％有的甚至达到20％以上，增加了合金的成本。在保证合金性能的基础上，加入低廉的其他合金元素，实现公同强化的效果，已经成为新型镁合金开发的热点，也具有十分重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种新型的钇钐镁合金及其制备方法，制得的该新型的钇钐镁合金强度高，性能良好，且经济成本低，可以批量生产。

为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：

一种新型钇钐镁合金，其特征在于：制得的该新型钇钐镁合金由以下重量百分比的组分组成：稀土元素Y：2.0％～3.0％、稀土元素Sm：2.0％～3.0％、Zn：1.5％～2.5％、Zr：0.5％～0.8％，余量为镁和微量杂质，组分的百分比之和为100％。

作为优选，上述组分的重量百分比组成为：稀土元素Y：2.8％，稀土元素Sm：2.8％，Zn：1.8％，Zr：0.6％，余量为镁和极微量的杂质。

所述稀土元素Y，稀土元素Sm的质量百分比之和为4％～6％。

所述新型含钇钐的镁合金是由纯Mg，纯Zn和中间合金Mg-Y，Mg-Sm，Mg-Zr为原料熔炼铸造而成。

上述新型钇钐镁合金的制备方案，采用合金坩埚，电阻感应炉，在CO₂+SF₆混合气体的保护下熔炼，先将炉温升至740℃～750℃后加入经过预热至200℃的纯Mg，并通入保护CO₂+SF₆混合气体，待纯镁完全熔化后，依次加入纯Zn，中间合金Mg-Sm、Mg-Y，待完全熔化后，温度升至760℃～780℃，加入中间合金Mg-Zr，持续通入CO₂+SF₆混合气体，静置三分钟后，加入精炼剂，最后通氩气精炼6～10分钟，精炼后静置25～30分钟，待温降为720℃～740℃时进行浇铸，即可获得铸态钇钐镁合金。

原理和优势：

稀土元素Sm在镁中的溶解度随温度降低变化明显，在镁固溶体中的最大固溶度为5.8％,Mg和稀土元素Sm的原子半径相差不大(Mg为0.16nm，稀土元素Sm为0.179nm)，添加稀土元素Sm可以达到固溶强化、细晶强化、时效强化的效果。稀土元素Y的加入也可以起到显著的固溶强化和析出强化效应。稀土元素Y在Mg中也有较大的固溶度，加入Zn可以降低稀土元素Y在Mg中的固溶度，从而使得稀土元素Y含量不变的前提下析出相的体积分数增加。根据上述，可以使所制备的合金得到更佳的综合力学性能。本申请以Mg、稀土元素Y、Sm作为基础添加元素，加入Zn，在晶界处形成鱼骨状的钉匝相，在基体内部呈现极薄的片层状结构，加入Zr，达到细化晶粒的效果。综合上述，达到优异的综合力学性能。

与现有的技术相比，本发明具有工艺简单、成分合理，所制备的含钇钐的镁合金具有优良的综合力学性能，价格相对低廉且具有优良的塑性和优异的高温强度。以制备的Mg-2.8Y-2.8Sm-1.8Zn-0.6Zr铸态钇钐镁合金为例，其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是207.199MPa、127.132MPa和10.93％

附图说明

图1是本发明制备的新型钇钐镁合金的铸态组织扫描图。

以下结合附图和实施例和具体的操作过程对本发明作进一步细详的说明，本发明不限于下述的实施例。

具体实施方式

实施例：

实验原料：纯镁锭的纯度≧99.95％，高纯锌锭纯度≧99.99％，中间合金为Mg-30％Y、Mg-30％Sm、Mg-30％Zr杂质含量≦0.1wt％。

钇钐合金组成(重量百分比)：稀土元素Y：2.8％、稀土元素Sm：2.8％、Zn：1.8％、Zr：0.6％，其余为Mg，组分的百分比之和为100％。

该合金的熔炼工艺为：按照上述组分配制钇钐合金，钇钐合金在熔炼前进行预热处理，将一级纯镁、纯锌、中间合金Mg-Y、Mg-Sm、Mg-Zr在保温箱内预热到180℃，保温30min。熔炼采用井式电阻坩埚加热炉，待炉温升至740℃～750℃，通入CO₂和SF₆的混合保护气氛，将纯镁置入炉膛内的坩埚中，待其熔化后加入纯锌，剧烈搅拌，熔化后，再依次加入中间合金Mg-Sm、Mg-Y，对熔液液面浮渣进行清除，将炉温调至780℃，将SF6的气体流量调大，温度稳定后加入中间合金Mg-Zr，然后将炉温降750℃，加入常规的精炼剂进行精炼，此后继续对熔液进行Ar精炼，进行搅拌6min，搅拌后扒渣，再将炉膛温度上升至780℃并且保温静置26min，而后将熔液随炉冷却至730℃，扒渣浇铸，浇铸模具为事先在保温箱内经过220℃预热30min的低碳钢钢制模具，浇铸前应对模具进行清理，浇铸完成3min后开模取出铸锭并进行水冷。

将熔铸得到的铸锭，经过525℃、6h的固溶处理(T4处理)，立即置于水中进行淬火处理，再进行225℃、10h的时效处理(T6处理)，并且进行随炉冷却。最后得到Mg-2.8Y-2.8Sm-1.8Zn-0.6Zr钇钐镁合金。

经检测，本实施例制备的新型铸态钇钐镁合金，室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是207.199MPa、127.132MPa和10.93％。

Claims

1.一种新型钇钐镁合金，其特征在于：制得的该新型钇钐镁合金由以下重量百分比的组分组成：稀土元素Y：2.0％～3.0％、稀土元素Sm：2.0％～3.0％、Zn：1.5％～2.5％、Zr：0.5％～0.8％，余量为镁和微量杂质，组分的百分比之和为100％；

所述的新型钇钐镁合金的制备方法包括，采用合金坩埚，电阻感应炉，在CO₂+SF₆混合气体的保护下熔炼，先将炉温升至740℃～750℃后加入经过预热至200℃的纯Mg，并通入保护CO₂+SF₆混合气体，待纯镁完全熔化后，依次加入纯Zn，中间合金Mg-Sm、Mg-Y，待完全熔化后，温度升至760℃～780℃，加入中间合金Mg-Zr，持续通入CO₂+SF₆混合气体，静置三分钟后，加入精炼剂，最后通氩气精炼6～10分钟，精炼后静置25～30分钟，待温降为720℃～740℃时进行浇铸，即可获得铸态钇钐镁合金。

2.如权利要求1所述的新型钇钐镁合金，其特征在于，所述稀土元素Y、Sm的质量百分比之和为4％～6％。

3.如权利要求1所述的新型钇钐镁合金，其特征在于，制得的该新型镁合金由以下重量百分比的组分组成：稀土元素Y：2.8％，稀土元素Sm：2.8％，Zn：1.8％，Zr：0.6％，余量为镁和微量杂质。