CN109811162A

CN109811162A - 一种含锑的稀土镁合金及其制备方法

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Publication number: CN109811162A
Application number: CN201910266139.3A
Authority: CN
Inventors: 张清; 李萍; 陈晓亚; 朱利敏; 李全安; 戚尧; 史浩鹏
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: CN109811162B

Abstract

本发明具体涉及一种含锑的稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。本发明的含锑的稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成；6.4～6.8％的Sm，1.4～1.8％的Gd，1.0～1.4％的Zn，0.4～0.8％的Sb，余量为Mg。本发明的含锑的稀土镁合金具有优良的室温和高温强度性能，在室温下抗拉强度最高可达292MPa，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WE54相比，本发明的含锑的稀土镁合金具有更低的稀土含量和更高的强度性能，在航空航天、汽车工业中有着广阔的应用前景。

Description

一种含锑的稀土镁合金及其制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种含锑的稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金在航空航天、汽车工业中的应用日益增多。采用镁合金可以减轻航空航天装置、汽车的重量，降低能源消耗，对于航空航天、汽车工业有着重要意义。但是，普通镁合金的强度在高温下大幅度下降，耐热性能不佳，严重阻碍其在航空航天、汽车工业中的应用。因此，开发新型耐热镁合金，是镁合金技术领域的重要课题。

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位移，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WE54)的强度仍会下降，导致其高温强度不稳定，严重影响镁合金零部件在高温下工作的安全可靠性。

现有技术中，申请公布号为CN105018813A的中国发明专利申请中公开了一种抗蠕变稀土镁合金，该抗蠕变稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：2～6％Sm，0.2～2.2％Nd，0.5～3.5％Gd，1.2～2.4％Zr，0.2～1.5％Ca，0.2～1.4％Ag，0.3～1.1％Sb，0.2～1.3％Er，余量为Mg和不可避免的杂质。该抗蠕变稀土镁合金在250℃下的抗拉强度可达219MPa，但仍难以满足高温下对镁合金抗拉强度的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含锑的稀土镁合金，在高温下具有较高的抗拉强度。

本发明的目的还在于提供一种工艺简单的含锑的稀土镁合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明的含锑的稀土镁合金采用的技术方案为：

一种含锑的稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：6.4～6.8％的Sm，1.4～1.8％的Gd，1.0～1.4％的Zn，0.4～0.8％的Sb，余量为Mg。

本发明的稀土镁合金的合金组分为Mg-Sm-Gd-Zn-Sb。采用轻稀土元素Sm作为第一组分并与重稀土元素Gd联合加入，Sm和Gd在镁中的最大固溶度分别为5.8wt％和23.5wt％。Sm的加入量为6.4～6.8wt％，略微高于固溶度的加入量可以增加Sm强化相的生成量，有利于提高合金的高温强度性能；为保证强化效果和控制合金成本，Gd的加入量为1.4～1.8wt％。加入1.0～1.4wt％的Zn可以改善合金塑性。加入0.4～0.8wt％的Sb，不仅可以细化晶粒，提高室温强度，而且可以生成高熔点的强化相Mg₃Sb₂，改善高温强度。本发明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。

本发明的含锑的稀土镁合金，在300℃时抗拉强度仍超过200MPa，因此使用温度可达到300℃，在航空航天、汽车工业中有着广阔的应用前景。

所述Sm和Gd的总的质量百分比≤8.5％。为降低成本，本发明的稀土镁合金采用较低含量的稀土元素。相比于商用耐热高强镁合金WE54(稀土元素总质量含量为9wt％)，本发明的稀土镁合金在较低稀土元素含量的情况下，其室温和高温抗拉强度更高。

本发明的含锑的稀土镁合金的制备方法采用的技术方案为：

一种上述含锑的稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：按照所述含锑的稀土镁合金的元素的组成及含量取金属材料原料进行熔炼，得镁合金熔液，然后铸造。

本发明的制备方法简单，工艺简单，易于操作。

所述金属材料原料包括纯镁、纯锌、纯锑、镁钐合金和镁钆合金。为避免引入杂质，所用原料为纯镁、纯锌、纯锑、镁钐合金以及镁钆合金。由于纯钐以及纯钆的熔点均在1000℃以上，为降低能耗以及对设备的要求采用熔点较低的镁钐合金和镁钆合金。

所述铸造包括将镁合金熔液在保护气氛中浇入模具中，然后冷却；所述镁合金熔液的温度为720～740℃。720～740℃时镁合金熔液中各原料充分熔化并均匀混合。

为使合金化元素最大限度的固溶在镁基体中，所述制备方法还包括将铸造得到的材料进行固溶处理。

所述固溶处理的温度为515～535℃，时间为6～8h。

为进一步提高镁合金的硬度和强度，所述制备方法还包括将铸造得到的材料进行时效处理。

所述时效处理的温度为210～230℃，时间为14～16h。

固溶处理和时效处理可进一步改善镁合金的组织并提高其性能。

具体实施方式

本发明的含锑的稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：6.4～6.8％的Sm，1.4～1.8％的Gd，1.0～1.4％的Zn，0.4～0.8％的Sb，余量为Mg。

优选的，Sm和Gd的总的质量百分比为7.8～8.5％。

本发明的含锑的稀土镁合金的制备除采用本发明的制备方法外，还可以采用现有技术中的其他方法制备。

本发明的含锑的稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：按照含锑的稀土镁合金的元素的组成及含量取金属材料原料进行熔炼，得镁合金熔液，然后铸造。

本发明的含锑的稀土镁合金的制备方法，还包括将铸造得到的材料依次进行固溶处理和时效处理。

所述熔炼与铸造均在保护气氛下进行。所述保护气氛为CO₂和SF₆的混合气氛。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例中涉及到的原料均为市售产品，包括纯度为99.8％的纯镁和纯锌，纯度为99.5％的纯锑，纯度为99.8％的镁钐中间合金和镁钆中间合金；镁钐中间合金中钐的质量含量为25％，镁锑中间合金中锑的质量含量为25％。

含锑的稀土镁合金的实施例1

本实施例的含锑的稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：6.4％的Sm，1.8％的Gd，1.0％的Zn，0.8％的Sb，余量为Mg。Sm和Gd的总的质量百分比为8.2％。

含锑的稀土镁合金的实施例2

本实施例的含锑的稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：6.6％的Sm，1.6％的Gd，1.2％的Zn，0.6％的Sb，余量为Mg。Sm和Gd总的质量百分比为8.2％。

含锑的稀土镁合金的实施例3

本实施例的含锑的稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：6.8％的Sm，1.4％的Gd，1.4％的Zn，0.4％的Sb，余量为Mg。Sm和Gd总的质量百分比为8.2％。

含锑的稀土镁合金的制备方法的实施例1

本实施例的制备方法为含锑的稀土镁合金的实施例1的镁合金的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按照元素的组成及其含量取原料纯镁、纯锌、纯锑、镁钐中间合金以及镁钆中间合金，在CO₂和SF₆的混合气氛保护下，采用电磁感应炉熔炼原料，得镁合金熔液；

(2)在CO₂和SF₆的混合气氛保护下，待镁合金熔液升温至720℃，浇入已预热至150℃的钢制模具中，得镁合金铸锭；

(3)对镁合金铸锭依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理的温度为515℃、时间为8h，时效处理的温度为210℃、时间为16h。

含锑的稀土镁合金的制备方法的实施例2

本实施例的制备方法为含锑的稀土镁合金的实施例2的镁合金的制备方法，具体包括以下步骤：

(2)在CO₂和SF₆的混合气氛保护下，待镁合金熔液升温至730℃，浇入已预热至150℃的钢制模具中，得镁合金铸锭；

(3)对镁合金铸锭依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理的温度为525℃、时间为7h，时效处理的温度为220℃、时间为15h。

含锑的稀土镁合金的制备方法的实施例3

本实施例的制备方法为含锑的稀土镁合金的实施例3的镁合金的制备方法，具体包括以下步骤：

(2)在CO₂和SF₆的混合气氛保护下，待镁合金熔液升温至740℃，浇入已预热至150℃的钢制模具中，得镁合金铸锭；

(3)对镁合金铸锭依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理的温度为535℃、时间为6h，时效处理的温度为230℃、时间为14h。

试验例

对含锑的稀土镁合金的实施例1～3的镁合金进行拉伸试验，并以商用耐热高强镁合金WE54(Mg-5Y-4RE-0.5Zr)为对比。具体试验方法为：将合金按照国家标准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，保温5min再进行拉伸。试验结果如表1所示。

表1抗拉强度测试结果

从表1中可以看出，本发明的稀土镁合金具有优异的室温和高温强度。与WE54相比，稀土含量更低，抗拉强度更高，使用温度可达300℃，在合金成本和强度性能方面均优于WE54。

Claims

1.一种含锑的稀土镁合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成；6.4～6.8％的Sm，1.4～1.8％的Gd，1.0～1.4％的Zn，0.4～0.8％的Sb，余量为Mg。

2.根据权利要求1所述的含锑的稀土镁合金，其特征在于，所述Sm和Gd的总的质量百分比≤8.5％。

3.一种如权利要求1所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述含锑的稀土镁合金的元素的组成及含量取金属材料原料进行熔炼，得镁合金熔液，然后铸造。

4.根据权利要求3所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述金属材料原料包括纯镁、纯锌、纯锑、镁钐合金和镁钆合金。

5.根据权利要求3所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述铸造包括将镁合金熔液在保护气氛中浇入模具中，然后冷却；所述镁合金熔液的温度为720～740℃。

6.根据权利要求3所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将铸造得到的材料进行固溶处理。

7.根据权利要求6所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为515～535℃，时间6～8h。

8.根据权利要求3所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将铸造得到的材料进行时效处理。

9.根据权利要求8所述的含锑的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为210～230℃，时间为14～16h。