CN112746208A - 一种低稀土含量高强韧性镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低稀土含量高强韧性镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域，解决现有的镁合金绝对强度低、塑形差以及稀土镁合金生产成本高的问题，解决方案为：低稀土含量高强韧性镁合金由以下质量百分含量的组分组成：7.27~8.73%铝，0.59~1.24%锌，0.59~1.22%钆，0.09‑0.23%钇，0.06‑0.13%钕，0.09~0.42%钙，其余为镁；本发明还提供了低稀土含量高强韧性镁合金的制备方法，在制备高稀土含量中间镁合金的基础上制备低稀土含量镁合金，减少了铸造过程中稀土元素的损耗，提高了稀土元素的利用率，同时通过分步固溶处理结合热挤压，改善了低稀土含量镁合金的组织，提高了其力学性能。

Description

一种低稀土含量高强韧性镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金技术领域，具体涉及的是一种低稀土含量高强韧性镁合金及其制备方法。
背景技术
镁是一种密排六方结构的金属，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼性能好等优点。但是由于其室温可动滑移系少、延展性差、绝对强度低等缺点，极大地限制了镁在生产生活中的应用。
Mg-Al系合金具有适当的强度、塑性和耐蚀性等综合性能，是目前种类最多，应用最广泛的变形镁合金系。铸态的Mg-Al合金组织一般由α-Mg和Mg17Al12两相组成，随着Mg-Al合金中Al含量升高，Mg17Al12含量升高，合金的强度升高但塑性下降。所以，通过常规的Al合金元素的添加难以解决Mg合金的强塑性协调提升问题。稀土元素因其原子半径与Mg原子半径相近，在Mg中有较大的固溶度。所以，通过在镁合金中添加大量的稀土元素可以实现镁合金强度与塑性的协同提升。但是由于稀土元素价格较高，其高成本限制了稀土镁合金的生产和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决现有的镁合金绝对强度低、塑形差以及稀土镁合金生产成本高的问题，本发明设计开发了一种低稀土含量高强韧性镁合金及其制备方法。通过在Mg-Al系镁合金中加入微量钆、钇、钕三种稀土元素，在保证高强度和低成本的同时提高了其塑性。此外，Zn元素和Ca元素在镁合金中具有提高镁合金的塑性和耐热性的作用。而且，Ca元素能降低镁合金在铸造过程中的烧损。因此，Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca的成分设计是实现镁合金强塑性协同提升的解决方案。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种低稀土含量高强韧性镁合金，由以下质量百分含量的组分组成： 7.27~8.73%铝，0.59~1.24%锌，0.59~1.22%钆，0.09-0.23%钇，0.06-0.13%钕，0.09~0.42%钙，其余为镁。
一种低稀土含量高强韧性镁合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量中间镁合金：
将打磨干净的纯镁在保护气氛下加热至700-800℃，得到液态的纯镁熔体，然后调整加热温度至730-760℃，加入Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Nd中间合金和纯锌，Mg-30Gd合金、Mg-30Y合金、Mg-30Nd合金的质量分数为：18~36%、3~7%、2~4%，纯锌的质量分数为6~12%，保温45-90min，然后在温度为250-350℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量的镁合金铸锭；
S2、制备Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭：
将打磨干净的纯镁与步骤S1制得的Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金在保护气氛下加热至700-800℃，得到混合合金熔体，纯镁与Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金的质量比为8:1；然后调整加热温度至700-750℃，加入质量分数为7~9%的纯铝和质量分数为0.1~0.3%的纯钙，保温30-90min，随后在温度为200-300℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭；
S3、固溶处理：
将步骤S2制得的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭在350~530℃进行固溶处理：
第一阶段：加热温度：350~370℃，保温时间：1~3h；
第二阶段：加热温度：410~450℃，保温时间：10~20h；
第三阶段：加热温度：500~530℃，保温时间：8~12h；
S4、将步骤S3固溶处理后的镁合金铸锭在150~300℃预热0.5~3h，并在150~300℃进行热挤压，挤压速率为0.05~1.5mm/s，挤压后空冷至室温，得到Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量高强韧性镁合金。
进一步地，所述步骤S1和步骤S2中，保护气氛为CO2和SF6混合气体，CO2和SF6的体积比为9:1。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明制备了Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量中间镁合金，在此合金基础上制备Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金，通过此方法减少了铸造过程中稀土元素的损耗，提高了稀土元素的利用率，提高了材料的质量。
本发明通过分步固溶处理结合热挤压，改善了Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金的组织，提高了其力学性能。
本发明提供一种工艺简单可靠、生产成本低廉的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量高强韧性镁合金材料及其制备方法，该方法制备的镁合金组织中晶粒尺寸细小，均匀分布着大量细小的第二相，通过固溶强化、弥散强化、细晶强化等方式显著改善了镁合金的力学性能。主要具有以下优点：
（1）优异的力学性能：大量均匀分布的第二相和细小的晶粒尺寸使合金具有高强韧性；
（2）低廉的生产成本：低含量的稀土元素大大节约了生产成本；
（3）简单的制备方法：传统的铸造、固溶和挤压工艺使其制备方法简单可靠、易于推广。
附图说明
图1是低稀土含量高强韧性镁合金OM形貌图；
图2是低稀土含量高强韧性镁合金应力-应变曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种低稀土含量高强韧性镁合金，由以下质量百分含量的组分组成：7.27~8.73%铝，0.59~1.24%锌，0.59~1.22%钆，0.09-0.23%钇，0.06-0.13%钕，0.09~0.42%钙，其余为镁。在本实例中，所制备的低稀土含量高强韧性镁合金由以下质量百分含量的组分组成：7.77%Al，0.85%Zn，0.12%Ca，0.70%Gd，0.13%Y，0.10%Nd和90.33%Mg。
一种低稀土含量高强韧性镁合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量中间镁合金：
将打磨干净的纯镁在保护气氛下加热至780℃，得到液态的纯镁熔体，保护气氛为CO2和SF6混合气体，CO2和SF6的体积比为9:1，然后调整加热温度至740℃，加入Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Nd中间合金和纯锌，Mg-30Gd合金、Mg-30Y合金、Mg-30Nd合金的质量分数为：21%、4%、3%，纯锌的质量分数为8.5%，保温90min，然后在温度为300℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量的镁合金铸锭；
S2、制备Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金：
将打磨干净的纯镁与步骤S1制得的Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金在保护气氛下加热至780℃，得到混合合金熔体，纯镁与Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金的质量比为8:1，保护气氛为CO2和SF6混合气体，CO2和SF6的体积比为9:1；然后调整加热温度至720℃，加入质量分数为7.77%的纯铝和质量分数为0.12%的纯钙，保温60min，随后在温度为250℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭；
S3、固溶处理：
将步骤S2制得的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭在350~530℃进行固溶处理：
第一阶段：加热温度：360℃，保温时间：2h；
第二阶段：加热温度：420℃，保温时间：15h；
第三阶段：加热温度：510℃，保温时间：8h；
S4、将步骤S3阶梯式固溶处理后的镁合金铸锭在250℃预热1h，并在250℃进行热挤压，挤压速率为0.1mm/s，挤压后空冷至室温，得到低稀土含量高强韧性镁合金。
如图1所示，制得的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量高强韧性镁合金中均匀分布着细小的第二相，晶粒尺寸非常细小，低含量稀土的加入在保证低成本的同时有效提高组织均匀性、细化晶粒。
如图2所示，制得的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.11Nd-0.3Ca低稀土含量高强韧性镁合金具有优良的力学性能，具有高强度（420-440MPa）和高塑性（延伸率达到9-10%），在保证低成本的同时，实现了镁合金的高强韧性。图2中的三条曲线均为挤压温度为250℃，挤压速度为0.1mm/s 条件下的应力应变曲线，三条曲线说明本发明的重复实现性很好，适合广泛推广应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种低稀土含量高强韧性镁合金，其特征在于：由以下质量百分含量的组分组成：7.27~8.73%铝，0.59~1.24%锌，0.59~1.22%钆，0.09-0.23%钇，0.06-0.13%钕，0.09~0.42%钙，其余为镁。
2.一种如权利要求1所述低稀土含量高强韧性镁合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、制备Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量中间镁合金：
将打磨干净的纯镁在保护气氛下加热至700-800℃，得到液态的纯镁熔体，然后调整加热温度至730-760℃，加入Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Nd中间合金和纯锌，Mg-30Gd合金、Mg-30Y合金、Mg-30Nd合金的质量分数为：18~36%、3~7%、2~4%，纯锌的质量分数为6~12%，保温45-90min，然后在温度为250-350℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量的镁合金铸锭；
S2、制备Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金：
将打磨干净的纯镁与步骤S1制得的Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金在保护气氛下加热至700-800℃，得到混合合金熔体，纯镁与Mg-10Zn-10Gd-2Y-1Nd高稀土含量镁合金的质量比为8:1；然后调整加热温度至700-750℃，加入质量分数为7~9%的纯铝和质量分数为0.1~0.5%的纯钙，保温30-90min，随后在温度为200-300℃预热后的模具中浇铸成型，冷却后得到Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭；
S3、固溶处理：
将步骤S2制得的Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量镁合金铸锭在350~530℃进行固溶处理：
第一阶段：加热温度：350~370℃，保温时间：1~3h；
第二阶段：加热温度：410~450℃，保温时间：10~20h；
第三阶段：加热温度：500~530℃，保温时间：8~12h；
S4、将步骤S3固溶处理后的镁合金铸锭在150~300℃预热0.5~3h，并在150~300℃进行热挤压，挤压速率为0.05~1.5mm/s，挤压后空冷至室温，得到Mg-8Al-1Zn-1Gd-0.2Y-0.1Nd-0.3Ca低稀土含量高强韧性镁合金。
3.根据权利要求1所述的一种低稀土含量高强韧性镁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S2中，保护气氛为CO2和SF6混合气体， CO2和SF6的体积比为9:1。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114150241A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 北京工业大学 一种调控镁钆合金微观组织的热处理方法
CN115652158A (zh) * 2022-10-25 2023-01-31 西安交通大学 一种耐蠕变Mg-Al变形镁合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080311423A1 (en) * 2004-06-30 2008-12-18 Masatada Numano Producing Method for Magnesium Alloy Material
CN102753715A (zh) * 2011-01-11 2012-10-24 韩国机械研究院 具有出色的抗引燃性和机械性能的镁合金及其制造方法
CN103667842A (zh) * 2012-09-24 2014-03-26 中国科学院金属研究所 一种低Gd含量、高延展性镁合金板材及其热轧制工艺
CN103966494A (zh) * 2014-04-16 2014-08-06 太原华银泰合金有限公司 一种含钙与稀土的高耐热镁铝合金
CN107083508A (zh) * 2017-04-17 2017-08-22 扬州峰明光电新材料有限公司 一种多元增强的耐热耐蚀镁合金及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080311423A1 (en) * 2004-06-30 2008-12-18 Masatada Numano Producing Method for Magnesium Alloy Material
CN102753715A (zh) * 2011-01-11 2012-10-24 韩国机械研究院 具有出色的抗引燃性和机械性能的镁合金及其制造方法
CN103667842A (zh) * 2012-09-24 2014-03-26 中国科学院金属研究所 一种低Gd含量、高延展性镁合金板材及其热轧制工艺
CN103966494A (zh) * 2014-04-16 2014-08-06 太原华银泰合金有限公司 一种含钙与稀土的高耐热镁铝合金
CN107083508A (zh) * 2017-04-17 2017-08-22 扬州峰明光电新材料有限公司 一种多元增强的耐热耐蚀镁合金及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
应宗荣: "《材料成形原理与工艺》", 31 January 2005, 哈尔滨工业大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114150241A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 北京工业大学 一种调控镁钆合金微观组织的热处理方法
CN114150241B (zh) * 2021-12-02 2022-09-23 北京工业大学 一种调控镁钆合金微观组织的热处理方法
CN115652158A (zh) * 2022-10-25 2023-01-31 西安交通大学 一种耐蠕变Mg-Al变形镁合金及其制备方法
CN115652158B (zh) * 2022-10-25 2023-08-11 西安交通大学 一种耐蠕变Mg-Al变形镁合金及其制备方法

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