CN1664142A

CN1664142A - 高强韧性耐热稀土镁合金及其熔铸工艺

Info

Publication number: CN1664142A
Application number: CN 200510038359
Authority: CN
Inventors: 刘子利; 陈照峰; 陶杰; 刘希琴
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: CN1289703C

Abstract

本发明涉及的是一种高强韧性耐热稀土镁合金及其熔铸工艺，其成分的重量百分配比为：2～4％Al，0.8～2.0％Re，0.1～0.4％Mn，0.3～1.5％Sb，0.001～0.003％Be，其余为Mg。在熔剂或气体保护熔炼条件下，工业纯镁在坩埚中完全熔化后，分别以Al－Be中间合金、工业纯铝、Al－Mn中间合金、Mg－Re中间合金，工业纯锑的形式加入合金化元素，搅拌混合均匀并进行精炼后浇注。锑在本发明的合金中除固溶强化基体外，它与稀土元素形成以Re₂Sb为主的RE－Sb弥散颗粒相，消除了Mg－Al－Re中Re₃Al₁₁热强相对基体割裂作用对合金强韧性的损害，保证了合金优异的强度、塑韧性和耐热性。

Description

高强韧性耐热稀土镁合金及其熔铸工艺

技术领域

本发明涉及一种轻金属材料及其制备工艺，特别是涉及一种具有高强韧性能的耐热稀土镁合金及其熔铸工艺，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，轻量化的要求使镁合金在航空航天和汽车工业等领域中的应用获得了迅速地发展，其中应用最广泛的是Mg-Al系镁合金(如AZ91、AM60)。然而，当服役温度超过120℃时，Mg-Al系合金较低的力学性能和耐热性能阻碍了其应用的进一步扩大。近年来，除采用碱土金属(Ca、Sr等)和IV、V族元素(Sb、Bi、Sn等)微合金化以改善现有镁合金的耐热性能外，也出现了以美国道氏化学公司开发的以AE(Mg-Al-Re)系为代表的耐热压铸镁合金，该合金在200℃下仍具有优良的蠕变强度。但合金组织中条片状Re₃Al₁₁相对基体的割裂作用降低了合金的力学性能，并且AE系镁合金具有较大的粘模倾向，因而阻碍了该合金的应用推广。

发明内容

本发明的目的为提供一种高强韧性的耐热镁合金的成分配比及其熔铸工艺，该合金在不增加其成本的前提下，其强韧性能和耐热性能优于目前的AE系镁合金。

本发明的技术路线为：(1)Sb和Re为本发明合金的主要合金化元素，它们与镁基体具有不同的晶格类型，同时与Mg原子半径有较大的半径差，凝固时的不平衡结晶固溶在基体内将对合金具有明显的固溶强化效果；另一方面，由于合金中Sb与Re元素间的电负性差最大，Sb将取代Al优先与Re稀土元素结合以Re₂Sb相为主的高熔点弥散颗粒质点，它不仅可作为α-Mg基体的非均质形核的核心，同时在凝固末期也可作为离异共晶Mg₁₇Al₁₂相的形成基底；(2)铝在合金中可通过固溶强化和时效强化以提高合金的室温强度，但铝含量较大时又损害了合金的韧性和耐热性能，为此铝含量的质量百分数应限制在4％以下；(3)合金中微量的Be是为了减少熔铸过程中合金的氧化，锰的作用在于消除熔炼过程中杂质铁的影响以提高合金的耐蚀性能。

本发明耐热稀土镁合金的成分配方(重量百分比)为：

2～4％铝Al，0.8～2.0％稀土Re(富铈混合稀土)，0.1～0.4锰Mn％，0.3～1.5％锑Sb，0.001～0.003％铍Be，杂质元素铁Fe≤0.005％，铜Cu≤0.015％，镍Ni≤0.002％，硅Si≤0.02％其余为Mg。

本发明的耐热稀土镁合金的熔铸工艺为：在熔剂或气体保护熔炼条件下，工业纯镁在坩埚中完全熔化后，在650℃-670℃，分别以Al-Be中间合金、工业纯铝、Al-Mn中间合金、Mg-Re中间合金形式加入合金化元素，待加入的炉料完全溶解后，将温度升至690℃-710℃时，将工业纯锑用钟罩压入合金液内加入，搅拌混合均匀并继续升高温度至710～730℃精炼5～8分钟，静置10～20分钟后浇注。该工艺可用于合金铸件或胚料的制造。

本发明合金的显著的技术特点在于通过Sb、Re等元素的固溶强化作用和高熔点Re-Sb颗粒相质点的弥散强化作用，消除了Mg-Al-Re系合金组织中因条片状Re₃Al₁₁相对基体的割裂作用而引起的力学性能的降低，合金的强韧性和高温抗蠕变能力均高于现有的AE系镁合金。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实例一：

合金成分(重量百分比)：4.0％Al、1.5％Re、0.2％Mn、0.002％Be、0.4％Sb，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10Kg，同时撤少量覆盖剂在坩埚底部，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入Al-3％Be中间合金0.009Kg、纯铝0.277Kg、Al-10％Mn中间合金0.260Kg、Al-10％Re中间合金2.435Kg(稀土损耗按20％)，溶解后充分搅拌合金液，将温度升至700℃左右将工业纯锑0.056Kg用钟罩压入合金液内加入(损耗按30％)，继续升温到730℃时用精炼剂精炼7分钟，捞去表面浮渣，然后保温静置15分钟后进行浇注。常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为204MPa、80MPa、12.3％，150℃抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为155MPa、74MPa、15.2％，150℃下在50MPa的拉应力下100小时的应变量为1.54％。

实例二：

合金成分(重量百分比)：4.0％Al、1.5％Re、0.2％Mn、0.002％Be、0.7％Sb，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10Kg，在0.5％SF₆/CO₂混合气体保护下熔炼，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入Al-3％Be中间合金0.009Kg、纯铝0.279Kg、Al-10％Mn中间合金0.262Kg、Al-10％Re中间合金2.453Kg，溶解后充分搅拌合金液，将温度升至700℃左右将工业纯锑0.131Kg用钟罩压入合金液内加入，继续升温到730℃时用精炼剂精炼5分钟，捞去表面浮渣，然后保温静置10分钟后进行浇注。常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为235MPa、88MPa、18.2％，150℃抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为163MPa、80MPa、19.2％，150℃下在50MPa的拉应力下100小时的应变量为1.50％。

实例三：

合金成分(重量百分比)：2.0％Al、1.5％Re、0.2％Mn、0.003％Be、0.7％Sb，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。

按照上述成分配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁10Kg，在0.5％SF₆/CO₂混合气体保护下熔炼，合金完全熔化后，按照一定的比例先后加入Al-3％Be中间合金0.013Kg、纯铝0.013Kg、Al-10％Mn中间合金0.255Kg、Al-10％Re中间合金2.391Kg，溶解后充分搅拌合金液，将温度升至700℃左右将工业纯锑0.128Kg用钟罩压入合金液内加入，继续升温到730℃时用精炼剂精炼5分钟，捞去表面浮渣，然后保温静置10分钟后进行浇注。常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为208MPa、84MPa、16.2％，150℃抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为159MPa、77MPa、18.5％。

Claims

1、一种高强韧性耐热稀土镁合金，其特征在于，其成分的重量百分配比为：2～4％铝(Al)，0.8～2.0％稀土(Re)，0.1～0.4％锰(Mn)，0.3～1.5％锑(Sb)，0.001～0.003％铍(Be)，其余为镁(Mg)。

2、一种高强韧性耐热稀土镁合金的熔铸工艺，其特征在于，在熔剂或气体保护熔炼条件下，工业纯镁在坩埚中完全熔化后，在650℃-670℃，分别以铝-铍(Al-Be)中间合金、工业纯铝、铝-锰(Al-Mn)中间合金、镁-稀土(Mg-Re)中间合金形式加入合金化元素，待加入的炉料完全溶解后，将温度升至690℃-710℃时，加入工业纯锑，搅拌混合均匀并继续升高温度至710～730℃精炼5～8分钟，静置10～20分钟后浇注。