CN107267829A - 一种含稀土高强镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种含稀土高强镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含稀土高强镁合金及其制备方法，属于镁基合金技术领域。本发明的含稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.2～5.6％Sm，2.0～2.5％Zn，1.0～1.5％Bi，0.5～1.0％Sn，0.3～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明的含稀土高强镁合金具有优良的室温和高温强度性能，在室温下的抗拉强度最高可达282MPa；随着温度升高抗拉强度逐渐降低，但300℃时抗拉强度仍然高于200MPa，与商用耐热高强镁合金WE43相比，具有更低的稀土含量和更高的强度性能，在汽车工业中有着广阔的应用前景。

Description

一种含稀土高强镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含稀土高强镁合金及其制备方法，属于镁基合金技术领域。
背景技术
镁合金是最轻的金属结构材料，在汽车工业中的应用日益广泛。采用镁合金可以减轻汽车自重，降低燃油消耗，减少尾气排放，缓解环境污染，对于汽车工业具有重要意义。但是，普通镁合金的强度在高温下大幅下降，耐热性能不佳，严重制约其在汽车工业中的应用。因此，提高镁合金的耐热性能，是镁合金研究领域的重要课题。
现有技术通过适当的合金化，可以改善镁合金的耐热性能，其中，稀土(RE)是提高镁合金耐热性能最有效的合金元素。稀土元素可以细化晶粒，通过细晶强化提高镁合金的室温强度，还可以形成弥散的高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，通过弥散强化提高镁合金的高温强度，使得Mg-RE系(如WE系)合金可以在较高温度下工作。但是，随着温度的升高，Mg-RE系合金(如商用耐热高强镁合金WE43)的强度大幅下降，导致高温强度不稳定，这会严重影响镁合金零部件在高温下工作的安全可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种室温和高温抗拉强度更高的含稀土高强镁合金。
本发明还提供了一种上述含稀土高强镁合金的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的含稀土高强镁合金所采用的技术方案是：
一种含稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.2～5.6％Sm，2.0～2.5％Zn，1.0～1.5％Bi，0.5～1.0％Sn，0.3～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。
所述杂质的质量百分比小于0.2％。
本发明的含稀土高强镁合金可以采用常规的镁合金的制备方法进行制备。如以纯镁(Mg)，纯锌(Zn)，纯铋(Bi)，纯锡(Sn)，纯锑(Sb)以及镁钐合金(Mg-Sm)为原料进行熔炼、铸造并经过固溶和时效处理而制成。
本发明的含稀土高强镁合金的组分为Mg-Sm-Zn-Bi-Sn-Sb，含稀土高强镁合金以稀土Sm为第一组分，Sm在Mg中的最大固溶度为5.8wt％，可以生成高熔点强化相Mg41Sm5，提高合金强度。为保证强化效果和控制合金成本，Sm的加入量选为5.2～5.6wt％。加入不同含量的Zn，Bi，Sn，Sb，不仅可以细化晶粒，提高室温强度，而且可以生成高熔点强化相MgZn，Mg3Bi2，Mg2Sn，Mg3Sb2，改善高温强度。利用多元合金化的综合作用，进一步提高合金的室温和高温强度。
本发明的含稀土高强镁合金具有优良的室温和高温强度性能，在室温下的抗拉强度最高可达282MPa；随着温度升高抗拉强度逐渐降低，但300℃时抗拉强度仍然高于200MPa。商用耐热高强镁合金WE43中稀土含量为7％左右，本发明的含稀土高强镁合金与商用的耐热高强镁合金WE43相比，不仅具有更低的稀土含量，同时还具有更高的强度性能，在汽车工业中有着广阔的应用前景。
本发明的含稀土高强镁合金的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述含稀土高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：在保护气氛中，将含配方量各组分的镁合金液在720～740℃下浇入模具中，得到镁合金铸锭，即得。
上述含稀土高强镁合金的制备方法还包括将得到的镁合金铸锭进行热处理。
所述热处理为依次进行固溶处理和时效处理。
所述固溶处理的温度为510～530℃，时间为7～9h。
所述时效处理的温度为200～220℃，时间为14～18h。
所述保护气氛为CO2+SF6混合气体。
所述镁合金液采用锌、铋、锡、锑、镁和镁钐合金熔炼后得到。优选的，所述镁钐合金为Mg-25％Sm合金。所述熔炼的温度为700～720℃。
本发明的含稀土高强镁合金的制备方法，工艺简单，便于推广应用。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
各实施例中所采用的纯镁、纯锌的纯度为99.8％，所采用的纯铋、纯锡和纯锑的纯度为99.5％，所采用的镁钐合金为Mg-25％Sm，纯度为99.8％。
实施例1
本实施例的含稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.6％Sm，2.0％Zn，1.5％Bi，1.0％Sn，0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素总量小于0.2％。
本发明的含稀土高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：
1)在CO2+SF6混合气体保护下，将纯镁、纯锌、纯铋、纯锡、纯锑和镁钐合金在刚玉坩埚和感应炉中700℃下熔炼，得到镁合金液，然后将镁合金液升温至720℃，浇入钢制模具中，得到镁合金铸锭；
2)将步骤1)得到的镁合金铸锭进行热处理，即得；所述热处理是先在510℃下固溶处理9h，再在200℃下时效处理18h。
实施例2
本实施例的含稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.4％Sm，2.2％Zn，1.2％Bi，0.8％Sn，0.4％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素总量小于0.2％。
本发明的含稀土高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：
1)在CO2+SF6混合气体保护下，将纯镁、纯锌、纯铋、纯锡、纯锑和镁钐合金在刚玉坩埚和感应炉中710℃下熔炼，得到镁合金液，然后将镁合金液升温至730℃，浇入钢制模具中，得到镁合金铸锭；
2)将步骤1)得到的镁合金铸锭进行热处理，即得；所述热处理是先在520℃下固溶处理8h，再在210℃下时效处理16h。
实施例3
本实施例的含稀土高强镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.2％Sm，2.5％Zn，1.0％Bi，0.5％Sn，0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，其中杂质元素总量小于0.2％。
本发明的含稀土高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：
1)在CO2+SF6混合气体保护下，将纯镁、纯锌、纯铋、纯锡、纯锑和镁钐合金在刚玉坩埚和感应炉中720℃下熔炼，得到镁合金液，然后将镁合金液升温至740℃，浇入钢制模具中，得到镁合金铸锭；
2)将步骤1)得到的镁合金铸锭进行热处理，即得；所述热处理是先在530℃下固溶处理7h，再在220℃下时效处理14h。
对比例
对比例的镁合金为耐热高强镁合金WE43，组成为Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.5Zr。
对比例的耐热高强镁合金WE43的制备方法，除采用的原料为纯镁和Mg-25％Y、Mg-20％Nd、Mg-25％Gd、Mg-30％Zr中间合金，其余完全同实施例2。
实验例
将实施例1～3中经过固溶和时效处理的含稀土高强镁合金按照国家标准GB6397-86《金属拉伸实验试样》加工成标准拉伸试样，在岛津AG-I 250kN电子拉伸试验机上进行室温和高温拉伸试验，拉伸速率为1mm/min。高温拉伸时，要保温5分钟再进行拉伸。
拉伸试验以对比例的耐热高强镁合金WE43为对比，试验结果见表1。
表1实施例1～3及对比例的高强镁合金的抗拉强度
从表1中可以看出，对比例的耐热高强镁合金WE43室温抗拉强度为260MPa，随着温度升高抗拉强度逐渐下降；300℃降为160MPa时，已不能满足使用要求，因此，其最高使用温度为250℃。而实施例1～3的含稀土高强镁合金在室温下的抗拉强度为270～282MPa，随着温度升高抗拉强度逐渐下降，但300℃下抗拉强度为202～208MPa，仍高于200MPa。
因此，本发明的含稀土高强镁合金，具有优异的室温和高温强度。与耐热高强镁合金WE43相比，稀土含量更低，抗拉强度更高，使用温度可达300℃，在合金成本、强度性能和使用温度方面均优于耐热高强镁合金WE43。

Claims (10)

1.一种含稀土高强镁合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：5.2～5.6％Sm，2.0～2.5％Zn，1.0～1.5％Bi，0.5～1.0％Sn，0.3～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含稀土高强镁合金，其特征在于：所述杂质的质量百分比小于0.2％。
3.一种如权利要求1所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在保护气氛中，将含配方量各组分的镁合金液在720～740℃下浇入模具中，得到镁合金铸锭，即得。
4.根据权利要求3所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：还包括将得到的镁合金铸锭进行热处理。
5.根据权利要求4所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述热处理为依次进行固溶处理和时效处理。
6.根据权利要求5所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述固溶处理的温度为510～530℃，时间为7～9h。
7.根据权利要求5所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述时效处理的温度为200～220℃，时间为14～18h。
8.根据权利要求3所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为CO2+SF6混合气体。
9.根据权利要求3所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述镁合金液采用锌、铋、锡、锑、镁和镁钐合金熔炼后得到。
10.根据权利要求9所述的含稀土高强镁合金的制备方法，其特征在于：所述镁钐合金为Mg-25％Sm合金。
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Assignee: Luoyang Timon Bearing Technology Co., Ltd.

Assignor: Henan University of Science and Technology

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Denomination of invention: Rare-earth-containing high-strength magnesium alloy and preparation method thereof

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License type: Common License

Record date: 20191111

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