CN108715963A - 一种含Y、Nd稀土镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镁合金材料技术领域，公开了一种制备含Y、Nd的镁合金，由以下质量百分比的元素组成：2.5‑5.0%Y，2.0‑4.0%Nd，0.1‑0.8%Zr，<0.8%其它杂质元素，其余为Mg。本发明镁合金力学性能优异，耐高温，制备工艺简单可行，应用前景广阔。

Description

一种含Y、Nd稀土镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种含Y、Nd稀土镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，是工程应用中结构最轻的金属材料，具有较小的密度、较高的比强度，比刚度，易回收，优异铸造性能，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力大，耐有机物和碱的腐蚀性能好、机械加工性能好等优点，广泛应用在3C产品，航空航天、汽车制造等领域。但镁合金的室温及高温力学性能较差，这也严重限制了其应用。稀土元素具有特殊的化学和物理活性，可通过净化熔体，晶粒细化，固溶强化、弥散强化等方式显著改善镁合金的力学性能，硬度以及耐高温性能。
目前稀土镁合金仍处于研发阶段，其合金配比、熔炼工艺、热处理过程以及挤压变形等工艺并不成熟。以往多元稀土镁合金加入方式多为一次性加入中间合金或者加入纯稀土金属，稀土单质熔点高，收得率不稳定。中国专利“2012102940737，一种含稀土耐热镁合金”公开了一种含铈、镧以及钕的Mg-Al-RE系耐热压铸镁合金，其在熔体温度达到720℃～740℃时加入镁-铈镧钕中间合金或是铈镧稀土和纯钕，一次性加入方式导致镁合金产品中稀土元素的收率不稳定。申请人之前的专利技术“201210391914,一种高精度镁合金板材及其制备方法”和“201510832091,一种镁合金动车桌板支臂的制作方法”添加了较多种类的金属，包括稀土金属，采用了同时添加的方式，由于稀土单质熔点高，镁合金中稀土元素的收率并不稳定。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足，提出了一种含Y、Nd稀土镁合金及其制备方法。本发明镁合金力学性能优异，耐高温，制备工艺简单可行，应用前景广阔。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种制备含Y、Nd的镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分比的元素组成：2.5-5.0%Y，2.0-4.0%Nd，0.1-0.8%Zr，<0.8%其它杂质元素，其余为Mg。
作为更优选的技术方案，
所述镁合金由以下质量百分比的元素组成：3.8%Y，2.4%Nd，0.2%Zr，0.6%其它杂质元素，其余为Mg。
本发明还要求保护上述的镁合金的制备方法，其包括熔炼，热处理，挤压变形。
进一步地，
所述制备方法包括步骤：
1）熔炼：取纯镁锭、镁钇中间合金、镁钕中间合金以及镁锆中间合金，进行预热，预热温度为150-200℃；然后将镁锭熔炼得到熔液，熔液静置30-40min；在700-760℃时加入镁钇中间合金，待镁钇中间合金熔化后加入镁锆中间合金，待镁锆中间合金熔化后加入镁钕中间合金；待合金完全熔化后，进行精炼10-15min，除去表面浮渣，升温至700-730℃，保温10min得到合金浇铸液，然后浇铸得到铸锭；
2）热处理：对所得铸锭进行热处理，热处理温度为450-550℃，保温8-12h，使用SF6气体保护，热处理结束后空气中自然冷却，得到坯料；
3）挤压变形：热处理后的坯料放入加热炉，预热温度为400±20℃，保温1-2h，挤压筒温度设定在420±20℃，挤压模具加热温度为420±20℃，保温1-2h；挤压时，挤压速度控制在5-10mm/s，制得镁合金。
优选地，
所述熔炼过程中为防止镁液氧化燃烧，全程用CO2和SF6混合气体保护，CO2与SF6的体积比例为99：1。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明采用的稀土元素加入方式为，待加入的中间合金完全熔化后再加入另一种中间合金，最后搅拌精炼；采用此方法生产稀土镁合金有更稳定的稀土元素收得率，成本较低，适宜批量化生产。
钇稀土元素和钕能够提高合金强度和耐热性能，还能够除去熔炼时镁合金熔体中的杂质，达到除气精炼、净化熔体的效果；锆可以细化组织，减慢合金的扩散速度，防止晶粒长大，可以提高合金的铸造性能、热加工性能和抗腐蚀性能。
本发明是一种制备含Nd、Y的变形稀土镁合金的工艺方法，采用该工艺生产的变形稀土镁合金其室温抗拉强度能达到260-270MPa，屈服强度达到205-220MPa，延伸率达到7.5-9.0%，硬度75-80HBW,力学性能优于WE43镁合金。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种含Y、Nd稀土镁合金，其以下质量百分比组分组成：3.8%Y，2.4%Nd，0.2%Zr，0.6%其他元素，余量为Mg。
所述镁合金的制备方法包括如下步骤：
1）将100重量份的纯镁锭，30重量份的镁钇中间合金，30重量份的镁钕中间合金以及30重量份的镁锆中间合金预热至150℃；
2）预热后的镁锭在坩埚中熔化，使用CO2和SF6混合气体保护，CO2和SF6体积比为99：1，完全熔化后静置30min，在710℃时加入镁钇中间合金，待镁钇合金熔化后加入镁锆合金，待镁锆合金熔化后加入镁钕合金；熔化后精炼10min，除去表面浮渣，升温至720℃，保温10min得得合金浇铸液，然后浇铸得到铸锭；
3）铸锭在在坩埚中进行热处理，温度为490℃，保温10h，SF6气体保护；热处理结束后空气中冷却；
4）热处理后的合金锭放入加热炉，预热温度为420℃，保温1h，挤压筒温度设定在415℃，挤压模具加热温度为400℃，保温1h；挤压时，挤压速度控制在7mm/s，制得变形稀土镁合金。
实施例2
一种含Y、Nd稀土镁合金，其以下质量百分比组分组成：4.0%Y，2.3%Nd，0.4%Zr，1.5%其他元素，余量为Mg。
所述镁合金的制备方法包括如下步骤：
1）将配方量的纯镁锭，镁钇中间合金，镁钕中间合金以及镁锆中间合金预热至180℃；
2）预热后的镁锭在坩埚中熔化，使用CO2和SF6混合气体保护，CO2和SF6体积比为99：1，待镁锭完全熔化后静置40min；在730℃时加入镁钇中间合金，待镁钇合金熔化后加入镁锆合金，待镁锆合金熔化后加入镁钕合金；熔化后精炼15min，除去表面浮渣，升温至730℃，保温10min得得合金浇铸液，然后浇铸得到铸锭；
3）铸锭在坩埚中进行热处理，温度为510℃，保温12h，SF6气体保护；热处理结束后空气中冷却。
4）热处理后的合金锭放入加热炉，预热温度为435℃，保温1.5h，挤压筒温度设定在415℃，挤压模具加热温度为420℃，保温1.5h；挤压时，挤压速度控制在5mm/s，制得变形稀土镁合金。
对比例1
一种含Y、Nd稀土镁合金，制备方法包括如下步骤：
1）将100重量份的纯镁锭，30重量份的镁钇中间合金，30重量份的镁钕中间合金以及30重量份的镁锆中间合金预热至150℃；
2）预热后的镁锭在坩埚中熔化，使用CO2和SF6混合气体保护，CO2和SF6体积比为99：1，完全熔化后静置30min，在710℃时同时加入镁钇中间合金、镁锆中间合金以及镁钕中间合金；熔化后精炼10min，除去表面浮渣，升温至720℃，保温10min得合金浇铸液，然后浇铸得到铸锭；
3）铸锭在坩埚中进行热处理，温度为490℃，保温10h，SF6气体保护；热处理结束后空气中冷却；
4）热处理后的合金锭放入加热炉，预热温度为420℃，保温1h，挤压筒温度设定在415℃，挤压模具加热温度为400℃，保温1h；挤压时，挤压速度控制在7mm/s，制得变形稀土镁合金。
对比例2
仅采用镁钇中间合金和镁钕中间合金；其余同实施例1。
对比例3
仅采用镁钇中间合金和镁锆中间合金；其余同实施例1。
对比例4
仅采用镁钕中间合金和镁锆中间合金；其余同实施例1。
实施例3
本发明镁合金性能测试：
将实施例1-2中以及对比例1-4制得的镁合金按照金属室温和高温拉伸试验要求进行拉伸试验。表1给出的是室温条件下拉伸和硬度试验测试结果：
表1
表2给出的是200℃条件下，实施例1-2和对比例1-4的镁合金性能参数的测试结果：
表2
本发明制备的镁合金其室温抗拉强度能达到260-270MPa，屈服强度达到205-220MPa，延伸率达到7.5-9.0%，硬度75-80HBW,力学性能优于WE43镁合金；与对比例相比，本发明镁合金在常温和高温条件下，力学性能均为最佳。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种制备含Y、Nd的镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分比的元素组成：2.5-5.0%Y，2.0-4.0%Nd，0.1-0.8%Zr，<0.8%其它杂质元素，其余为Mg。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金由以下质量百分比的元素组成：3.8%Y，2.4%Nd，0.2%Zr，0.6%其它杂质元素，其余为Mg。
3.根据权利要求1-2所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括熔炼，热处理，挤压变形。
4.根据权利要求3所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
步骤1）熔炼：取纯镁锭、镁钇中间合金、镁钕中间合金以及镁锆中间合金，进行预热，预热温度为150-200℃；然后将镁锭熔炼得到熔液，熔液静置30-40min；在700-760℃时加入镁钇中间合金，待镁钇中间合金熔化后加入镁锆中间合金，待镁锆中间合金熔化后加入镁钕中间合金；待合金完全熔化后，进行精炼10-15min，除去表面浮渣，维持700-730℃，保温10min得到合金浇铸液，然后浇铸得到铸锭；
步骤2）热处理：对步骤2）所得铸锭进行热处理，热处理温度为450-550℃，保温8-12h，使用SF6气体保护，热处理结束后空气中自然冷却，得到坯料；
步骤3）挤压变形：热处理后的坯料放入加热炉，预热温度为400±20℃，保温1-2h，挤压筒温度设定在420±20℃，挤压模具加热温度为420±20℃，保温1-2h；挤压时，挤压速度控制在5-10mm/s，制得镁合金。
5.根据权利要求3所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼过程中为防止镁液氧化燃烧，全程用CO2和SF6混合气体保护，CO2与SF6的体积比例为99：1。
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