CN105200293A - 一种高性能耐热铸造镁合金及其砂型铸件的铸造方法 - Google Patents

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肖旅
李中权
邹文兵
刘颖卓
何凯
余国康
李宝辉
金诚
别亚星
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Abstract

本发明属于铸造有色合金技术领域，公开了一种高性能耐热铸造镁合金及其砂型铸件的铸造方法；所述镁合金中各组分及其重量百分比含量为：Gd？5.5～8.5％，Y？2.0～4.5％，Ca？0.05～0.3％，Sr？0.05～0.3％，Zr？0.4～1.0％，Mg为余量。与现有技术相比，本发明耐热镁合金制造的砂型铸件除在150～250℃下仍然保持有良好的高温强度、抗蠕变等综合性能之外，还在室温条件下具有良好的综合力学性能，适合大型复杂主承力轻质构件的制造。

Description

一种高性能耐热铸造镁合金及其砂型铸件的铸造方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的镁合金，具体是一种高性能耐热铸造镁合金及其砂型铸件的铸造方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度的优点，在航空航天和各大工业领域应用广泛。通过向镁合金中添加稀土元素，并采用传统的加Zr法进行晶粒细化，可实现镁合金耐热性能的提高，目前国内外开发了一系列的稀土耐热镁合金，如WE54、WE43、QE22A、GW103等。其中GW103K合金具有最高的强度和耐热性能，适合进行压力金属型铸造。
然而，在实际应用时发现，采用稀土耐热镁合金制造大型复杂铸件时，受铸造工艺的局限，只能进行砂型铸造，铸件冷却速度显著低于金属型铸造，加Zr对合金晶粒细化的作用显著降低，造成铸件晶粒粗大。同时，由于稀土含量较高，铸件本体存在较大的脆性，性能相对金属型铸造也严重降低，对稀土耐热镁合金在大型复杂铸件上的工程应用极为不利。因此，如何解决稀土镁合金在砂型铸造条件下的脆性问题，是提高其工程应用水平的关键。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未搜索到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稀土耐热镁合金及其砂型铸件的制造方法；所述稀土耐热镁合金添加Gd、Y两种稀土元素的含量相对较低，解决了时效态条件下合金的脆性问题；同时通过添加微量Ca、Sr元素，改善加Zr法的晶粒细化作用。对选定成分的合金进行熔炼、浇注、热处理等加工，可实现砂型铸件本体性能的显著提高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种高性能耐热铸造镁合金，包含组分及重量百分比为：Gd5.5～8.5％，Y2.0～4.5％，Ca0.05～0.3％，Sr0.05～0.3％，Zr0.4～1.0％，Mg为余量。
第二方面，本发明提供一种所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，所述铸造方法具体包括如下步骤：
预处理：按权利要求1所述重量百分比称取金属材料，预热；
熔炼浇注：将预处理后的金属材料熔炼，均匀混合；经覆盖、精炼处理后浇注，得铸件；
热处理：对所述铸件进行固溶处理、冷却，时效处理、冷却，即得高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件。
优选地，预处理的步骤中，所述预热的温度为200℃，时间为8小时。
优选地，熔炼浇注的步骤中，所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF。
优选地，熔炼浇注的步骤中，所述精炼采用的精炼剂为RJ6。
优选地，熔炼浇注的步骤中，所述浇注的温度为730℃～740℃。
优选地，热处理的步骤中，所述固溶处理的条件为500～510℃下10～12小时。
优选地，热处理的步骤中，所述时效处理的条件为180～250℃下10～50小时。
优选地，热处理的步骤中，所述冷却具体是指在空气中自然冷却。
与现有技术相比，采用本发明稀土耐热镁合金制造的砂型铸件除在150℃—250℃下仍然保持有良好的高温强度、抗蠕变等综合性能之外，还在室温条件下具有良好的综合力学性能，适合大型复杂主承力轻质构件的制造。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例列举的合金成分。
实施例1
熔炼浇注制备质量百分比为Mg-5.5％Gd-2.0％Y-0.05％Ca-0.05％Sr-0.4％Zr的高性能耐热铸造镁合金，包括以下步骤：
配制原料步骤：按质量百分比称取纯镁、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Sr中间合金。所有原材料在200℃预热，保温时间8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合、去除夹杂物，在740℃进行浇注。
热处理步骤：在500℃对铸件进行固溶处理，处理时间为12小时，空冷；在180℃进行时效处理，处理时间为50小时。
本实施例高性能耐热铸造镁合金制造的砂型铸件具备优秀的室温综合力学性能，耐热性能良好，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下σb≥280MPa，δ5≥3％，200℃下σb≥240MPa，250℃下σb≥200MPa。
实施例2
熔炼浇注制备质量百分比为Mg–6.5％Gd-3.0％Y-0.1％Ca-0.1％Sr-0.6％Zr的高性能耐热铸造镁合金，包括以下步骤：
配制原料步骤：按质量百分比称取纯镁、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Sr中间合金。所有原材料在200℃预热，保温时间8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合、去除夹杂物，在735℃进行浇注。
热处理步骤：在505℃对铸件进行固溶处理，处理时间为11小时，空冷；在200℃进行时效处理，处理时间为30小时。
本实施例高性能耐热铸造镁合金制造的砂型铸件具备优秀的室温综合力学性能，耐热性能良好，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下σb≥300MPa，δ5≥3％，200℃下σb≥260MPa，250℃下σb≥220MPa。
实施例3
熔炼浇注制备质量百分比为Mg-8.5％Gd-4.5％Y-0.3％Ca-0.3％Sr-1.0％Zr的高性能耐热铸造镁合金，合金制备包括以下步骤：
配制原料步骤：按质量百分比称取纯镁、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Sr中间合金。所有原材料在200℃预热，保温时间8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合、去除夹杂物，在730℃进行浇注。
热处理步骤：在510℃对铸件进行固溶处理，处理时间为10小时，空冷；在250℃进行时效处理，处理时间为10小时。
本实施例高性能耐热铸造镁合金制造的砂型铸件具备良好的室温综合力学性能，耐热性能优秀，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下σb≥320MPa，δ5≥2％，200℃下σb≥260MPa，250℃下σb≥240MPa。
对比例1
本对比例是实施例1的对比例，本实施例涉及一种高性能耐热铸造镁合金；与实施例1不同之处仅在于所述耐热铸造镁合金不含Ca、Sr；
本对比例镁合金制造的砂型铸件的性能检测如下：
耐热性能一般，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下抗拉强度σb≥260MPa，断后伸长率δ5≥2％，200℃下σb≥200MPa，250℃下σb≥180MPa。
对比例2
本对比例是实施例2的对比例，本实施例涉及一种高性能耐热铸造镁合金；与实施例2不同之处仅在于所述耐热铸造镁合金固溶处理的条件为400℃下20小时；时效处理的条件为300℃下4小时；
本对比例镁合金制造的砂型铸件的性能检测如下：
耐热性能一般，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下抗拉强度σb≥220MPa，断后伸长率δ5≥1％，200℃下σb≥200MPa，250℃下σb≥160MPa。
对比例3
本对比例是实施例3的对比例，本实施例涉及一种高性能耐热铸造镁合金；与实施例3不同之处仅在于所述耐热铸造镁合金的Gd含量超过了8.5％，达到10％。
本对比例镁合金制造的砂型铸件的性能检测如下：
耐热性能优秀，但室温综合力学性能差，无铸造缺陷的铸件本体取样性能可稳定达到：室温下抗拉强度σb≥280MPa，断后伸长率δ5≥0.5％，200℃下σb≥260MPa，250℃下σb≥240MPa。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种高性能耐热铸造镁合金，其特征在于，包含组分及重量百分比为：Gd5.5～8.5％，Y2.0～4.5％，Ca0.05～0.3％，Sr0.05～0.3％，Zr0.4～1.0％，Mg为余量。
2.一种权利要求1所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法具体包括如下步骤：
预处理：按权利要求1所述重量百分比称取金属材料，预热；
熔炼浇注：将预处理后的金属材料熔炼，均匀混合；经覆盖、精炼处理后浇注，得铸件；
热处理：对所述铸件进行固溶处理、冷却，时效处理、冷却，即得高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件。
3.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，预处理的步骤中，所述预热的温度为200℃，时间为8小时。
4.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，熔炼浇注的步骤中，所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF。
5.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，熔炼浇注的步骤中，所述精炼采用的精炼剂为RJ6。
6.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，熔炼浇注的步骤中，所述浇注的温度为730℃～740℃。
7.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，热处理的步骤中，所述固溶处理的条件为500～510℃下10～12小时。
8.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，热处理的步骤中，所述时效处理的条件为180～250℃下10～50小时。
9.根据权利要求2所述高性能耐热铸造镁合金的砂型铸件的铸造方法，其特征在于，热处理的步骤中，所述冷却具体是指在空气中自然冷却。
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