一种低热裂倾向高强铸造镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低热裂倾向高强铸造镁合金及其制备方法；所述镁合金包括如下重量百分比含量的各组分：8～10wt.％Gd，2～4wt.％Y，0.1～1.5wt.％富Ce混合稀土RE，0.1～1.5wt.％Ag，0.1～1wt.％Ca，0.3～0.7wt.％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。本发明专利技术镁合金是通过熔炼以及后续的固溶和时效热处理(T6处理)得到的。本发明专利技术在保证Mg-Gd-Y系镁合金室温高温性能的情况下，大大提高合金铸造成型过程中的抗热裂能力，更适用于生产薄壁、复杂结构，且有轻质高强要求的大中型结构件，具有广阔的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了；所述镁合金包括如下重量百分比含量的各组分：8～10wt.％Gd，2～4wt.％Y，0.1～1.5wt.％富Ce混合稀土RE，0.1～1.5wt.％Ag，0.1～1wt.％Ca，0.3～0.7wt.％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。本专利技术镁合金是通过熔炼以及后续的固溶和时效热处理(T6处理)得到的。本专利技术在保证Mg-Gd-Y系镁合金室温高温性能的情况下，大大提高合金铸造成型过程中的抗热裂能力，更适用于生产薄壁、复杂结构，且有轻质高强要求的大中型结构件，具有广阔的工业应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及一种镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是。属于金属材料类及冶金领域。
技术介绍
镁合金是最轻的金属结构材料，其在航空、航天等国防领域的应用可以大幅减轻飞行器的重量、降低燃料消耗、提高承载能力，具有极高的经济价值和战略意义。目前，镁合金已经发展了 Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE和Mg-Zn-RE等多种系列，其中Mg-RE系列镁合金由于高温下具有优异的强度和抗蠕变性能，在航空、航天领域已经得到广泛的应用，例如航空发动机中应用的EK41、QE22，导弹上应用的WE43、WE54等等。目前，研宄开发的Mg-Gd-Y系重稀土镁合金因为其出众的时效硬化特性和高达250°C的耐热温度，成为最具发展潜力的高强镁合金之一。 随着航空、航天工业的发展，镁合金铸件正在向着大尺寸、薄壁复杂化发展，这就要求使用的镁合金材料具有良好的铸造性能。但是，为了保证合金的高强度和高耐热性，目前开发的Mg-Gd-Y系稀土镁合金中稀土含量一般较高(在6?15wt.%之间)，这就使得合金结晶温度区间增加，凝固过程中合金处于固液两相共存状态的时间延长。当生产薄壁、复杂结构铸件时，受体积收缩影响，极易在其内部产生应力集中，出现热裂缺陷。这不仅造成了大量铸件的报废，甚至严重限制了所设计零件的形状和尺寸，因此，如何降低高强Mg-Gd-Y系镁合金铸造过程中的热裂倾向成为目前亟待解决的关键问题。 经对现有技术的文献检索发现，上海交通大学黄玉光的硕士学位论文《Mg-Gd-Y-Zr合金的热裂和流动性研宄》，该文以Mg-10Gd-3Y-Zr (具体组分及重量百分比为:10wt.% Gd, 3wt.% Y, 0.4wt.% Zr，余量为Mg)合金为研宄对象，探讨了不同恪体处理方法、浇注温度及合金元素对Mg-Gd-Y-Zr合金热裂行为的影响。结果表明:精炼后的Mg-Gd-Y-Zr合金较未精炼合金抗热裂性能明显提高；合金热裂倾向随着浇注温度的升高而升高；Gd和Y元素的加入增大了合金的热裂倾向性。采用该Mg-10Gd-3Y-Zr合金生产小尺寸铸件时，经常在薄壁处出现热裂纹缺陷，导致铸件报废；当构件尺寸在I米以上时，铸造过程中在薄、厚壁的连接或拐弯处，常常由于热裂导致铸件直接断裂，可见，高的热裂倾向严重限制了该高强耐热镁合金的应用。由上文可知，减少氧化夹杂，保证熔体纯净化能够提高合金的抗热裂性能；减少Gd和Y元素的含量也可以降低合金的热裂倾向，但是，重稀土元素Gd和Y的减少会严重损害合金的强度和耐高温性能。因此，如何在不降低重稀土元素含量、保证合金综合力学性能的同时，开发一种低热裂倾向铸造Mg-Gd-Y系列合金对拓展其在航空航天领域的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低热裂倾向高强Mg-Gd-Y铸造镁合金及其制备方法，以富Ce混合稀土 RE和Ca、Ag为辅助合金化元素、并用Zr对合金进行细化处理，进而提高合金的抗热裂能力，使之具有低热裂倾向性、良好的复杂薄壁件铸造成型性能和优异的室温高温性能。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的: 第一方面，本专利技术涉及一种低热裂倾向高强铸造镁合金，所述镁合金包括如下重量百分比含量的各组分:8?1wt.%Gd，2?4wt.% Y, 0.1?1.5wt.%富Ce混合稀土 RE，0.1 ?1.5wt.% Ag，0.1 ?Iwt.% Ca, 0.3 ?0.7wt.% Zr，杂质元素 S1、Fe、Cu 和 Ni 的总量小于0.02wt.%，余量为Mg。更优选合金组分为: 作为优选方案，所述富Ce混合稀土 RE中含Ce量不小于50wt.%，稀土金属总量不小于99wt.%，除Ce外的其它稀土金属元素为La、Pr、Nd。 第二方面，本专利技术还涉及一种本专利技术的低热裂倾向高强铸造镁合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤: A、按所述合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；所述原料为镁锭(镁含量的质量分数大于99.9wt.% ) ,Mg-Gd,Mg-Y和Mg-Zr中间合金，富Ce混合稀土 RE，工业纯Ca，工业纯Ag (Ca和Ag含量的质量分数大于99.9wt.% )； B、熔炼处理:将镁锭在熔剂保护或SF#P CO 2混合气体保护下加热，待镁锭完全熔化后在680?700°C加入纯Ca，之后升温至720?730°C加入富Ce混合稀土 RE，当镁液温度达到740?760 °C后加入Mg-Gd中间合金，Mg-Gd熔化后镁液温度回升至740?760°C时再加入Mg-Y中间合金，Mg-Y熔化后将镁液温度升至770?800°C加入Mg-Zr中间合金，待其熔化后撇去表面浮渣，搅拌2?4分钟，镁液温度回升至770?800°C时，保持加热状态并在搅拌过程中加入纯Ag，再将镁液温度升至770?800°C保温15?30分钟后降温至740?760°C，不断电精炼5?10分钟，精炼后在740?760°C静置20?30分钟，待镁液冷却至700?730°C后撇去浮渣，用浇包浇铸或低压铸造； C、将步骤B得到的浇铸或铸造镁合金在450?550°C温度中进行8?30小时的固溶处理，随后在180?275°C的温度下进行6?40小时的时效处理；即得所述低热裂倾向高强铸造镁合金。 作为优选方案，所述Mg-Gd中间合金中Gd占25?30wt.%。 作为优选方案，步骤A中，所述Mg-Y中间合金中Y占25?30wt.%。 作为优选方案，步骤A中，所述Mg-Zr中间合金中Zr占25?30wt.%。 作为优选方案，步骤A中，所述富Ce混合稀土 RE中含Ce量不小于50wt.%，稀土金属总量不小于99wt.%，除Ce外的其它稀土金属元素为La、Pr、Nd。更优选，富Ce混合稀土 RE中含Ce量为51.5?62wt.%，含La量为30?35wt.%，含Pr量为5?12wt.%，含Nd 量为 2.5 ?3.7wt.%o 作为优选方案，步骤B中，所述熔炼处理前还包括将镁锭、Mg-Gd、Mg-Y、Mg_Zr中间合金和富Ce混合稀土 RE预热到200 °C?240 °C的步骤。 作为优选方案，步骤B中，所述SFdP CO2混合气体中SF6体积含量为0.5?2.5Vol.%。 本专利技术采用Gd为第一组分，采用Y为第二组分，Gd和Y两种重稀土元素都是为了保证合金得到良好的固溶强化和时效析出强化效果，提高合金的室温、高温力学性能。但是，随Gd和Y含量提高，合金的热裂倾向增强，因此，本专利技术将Gd的加入量控制在8?1wt.%, Y的加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低热裂倾向高强铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金包括如下重量百分比含量的各组分：8～10wt.％Gd，2～4wt.％Y，0.1～1.5wt.％富Ce混合稀土RE，0.1～1.5wt.％Ag，0.1～1wt.％Ca，0.3～0.7wt.％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国华，张亮，刘文才，魏广玲，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31