含铕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含铕高强铸造镁合金及其制备方法，所述合金各组分按重量百分比为：Zn 1.0～6.0％，Gd 1.0～6.0％，Y 1.0～3.0％,Eu 0.1～1.0％，Zr 0.1～1.0％，其余为镁和杂质，杂质总和≤0.15％。本发明专利技术公开的镁合金其中Gd和Y元素的加入可产生延棱柱面生长的，在基体弥散分布的析出相，Eu的加入可显著细化这种析出相，增加析出相的密度，因此可在添加较少Gd和Y元素时形成高密度的析出相，提升合金强度，并且降低原材料成本。Zn与Gd和Y共同作用可形成大量长程有序堆垛结构，能够阻碍位错的基面滑移，强化基体，进一步提高了合金强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于镁合金领域，具体涉及一种含铕高强铸造镁合金及其制备方法。
技术介绍
随着我国航空航天业、汽车业的迅猛发展，航天器和汽车等交通工具的轻量化成为亟需解决的问题，镁合金作为最有前途的轻合金具有广阔的应用前景，而目前汽车上的镁合金部件基本上都是压铸件，现有铸造镁合金中，以AZ91D、AM50等合金的应用最为广泛，这些镁合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和压铸性能。然而，当工作温度超过120℃时，这些合金的蠕变性能急剧下降，因此无法用于生产汽车传动系统部件。目前已有的车用耐热镁合金主要有Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Zn-Al-Ca、Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Sr、Mg-Al-Sn、Mg-Zn-Al、Mg-Zn-RE、Mg-Zn-Si和Mg-Zn-Sn等耐热镁合金。稀土元素被认为是用来提高镁合金强度的重要元素，例如已获商业化应用的WE54和WE43。由于它们优异的比强度和良好的耐热性能，对航天航空、军事工业和赛车等领域是极具吸引力的。其中，Mg-Gd系合金因具有优异的时效硬化特性，以及在250℃具有良好的抗蠕变性能，成为最具潜力的合金之一。近年来，为了进一步改善其力学性能和降低稀土元素Gd的用量，Y、Nd、Sm、Sc和Zn等元素被添加到Mg-Gd合金当中，展现了多元发展的趋势。《Mg-Gd-Y-Zr(-Ca)合金的微观组织演变、性能和断裂行为研究》(2007，上海交通大学博士学位论文)研究了Mg-Gd-Y-Zr合金的微观组织和力学性能，其发现Gd和Y的添加可显著提高镁合金的抗拉性能，Mg-10Gd-3Y-0.4Zr合金经峰值时效处理后，抗拉强度、屈服强化和延伸率分别达到：370MPa、241MPa和4.0％。但是又面临另一个问题，稀土元素Gd和Y的总添加量达到13mass.％，增加了成本，限制了工业化应用。所以降低稀土元素Gd和Y的总添加量又不影响镁合金的性能是现领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含铕高强铸造镁合金，通过添加少量的钆和钇元素，在镁合金基体中形成延棱柱面生长的弥散析出相，铕元素的加入可显著细化析出相，降低析出相的尺寸，增加析出相的密度，提升合金强度。此外，锌元素与钆和/或钇共同加入，可在晶粒内部形成大量长周期有序堆垛结构，该结构与Mg基体有共格关系，能够有效阻碍位错的基面滑移，进一步提高合金强度。本专利技术还提供了上述合金的制备方法。本专利技术还提供了上述合金的制备方法。为达到上述目的，本专利技术具体提供了如下的技术方案：1、含铕高强铸造镁合金，各组分按重量百分比为：Zn1.0～6.0％，Gd1.0～6.0％，Y1.0～3.0％,Eu0.1～1.0％，Zr0.1～1.0％，其余为镁和杂质，杂质总和≤0.15％。优选的，各组分按重量百分比为：Zn5.3％，Gd5.4％，Y2.7％，Eu0.2％，Zr0.41％，其它杂质元素总和≤0.15％，其余为镁。优选的，各组分按重量百分比为：Zn2.2％，Gd1.7％，Y2.4％，Eu0.4％，Zr0.43％，其它杂质元素总和≤0.15％，余量为Mg。优选的，各组分按重量百分比为：Zn4.3％，Gd3.5％，Y1.8％，Eu0.4％，Zr0.32％，其它杂质元素总和≤0.15％，余量为Mg。优选的，各组分按重量百分比为：Zn3.1％，Gd4.9％，Y0.7％，Eu0.7％，Zr0.35％，其它杂质元素总和≤0.15％，余量为Mg。优选的，杂质元素包括Fe、Cu、Ni。优选的，按重量百分比计，Fe<0.005％，Cu<0.015％，Ni<0.002％。2、所述含铕高强铸造镁合金的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将工业纯镁加热至完全熔化后，在700℃加入工业纯Zn，当熔体温度达到720℃后，加入Mg-Gd、Mg-Y和Mg-Eu中间合金，待中间合金熔化后熔体温度回升至780℃再加入Mg-Zr中间合金，搅拌2min使其充分熔化，再升温至780℃，保温20min后降温至750℃，精炼6min，精炼后静置20min，待金属液温度冷却至740℃撇去表面浮渣进行浇铸。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开的镁合金其中Gd和Y元素的加入可产生延棱柱面生长的，在基体弥散分布的析出相，Eu的加入可显著细化这种析出相，增加析出相的密度，因此可在添加较少Gd和Y元素时形成高密度的析出相，提升合金强度，并且降低原材料成本。Zn与Gd和Y共同作用可形成大量长程有序堆垛结构，能够阻碍位错的基面滑移，强化基体，进一步提高了合金强度。另外，加入Zr作为晶粒细化剂可显著细化晶粒，提高合金的屈服强度。本专利技术公开的含铕高强铸造镁合金性能好，并在Gd和Y添加量不高的情况下在室温和高温获得高强度，使该合金在汽车工业中的广泛应用成为可能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图：图1表示合金铸造采用的金属模具示意图；图2表示实施例1所述合金的金相图；图3表示实施例2所述合金的金相图；图4表示实施例3所述合金的金相图；图5表示实施例4所述合金的金相图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。合金制备方法如下：将工业纯镁加热至完全熔化后加入工业纯锌，当熔体温度达到720℃后，加入Mg-Gd、Mg-Y和Mg-Eu中间合金，待中间合金熔化后熔体温度回升至780℃再加入Mg-Zr中间合金，搅拌2min使其充分熔化，再升温至780℃，保温20min后降温至750℃，精炼6min，精炼后静置20min，待金属液温度冷却至740℃撇去表面浮渣进行浇铸。图1表示合金铸造采用的金属模具示意图。各实施例和GWK103合金成分如下表所示，成分含量用重量百分比表示。注：表中“～”表示不添加。GWK103合金的室温抗拉强度为370MPa，屈服强度为241MPa，延伸率为4.0％；在250℃，屈服强度206MPa，延伸率12.4％；在300℃，屈服强度163MPa条件下，延伸率28％。实施例1所述合金的金相图如图2所示，该合金室温抗拉强度为384MPa，屈服强度为265MPa，延伸率为5.6％；在250℃，屈服强度237MPa，延伸率10.3％；在300℃，屈服强度172MPa条件下，延伸率23％。实施例2所述合金的金相图如图3所示，该合金室温抗拉强度为368MPa，屈服强度为244MPa，延伸率为6.9％；在250℃，屈服强度214MPa，延伸率13.5％；在300℃，屈服强度146MPa条件下，延伸率31％。实施例3所述合金的金相图如图4所示，该合金室温抗拉强度为392MPa，屈服强度为252MPa，延伸率为5.3％；在250℃，屈服强度229MPa，延伸率9.8％；在300℃，屈服强度170MPa条件下，延伸率20％。实施例4所述合金的金相图如图5所示，该合金的室温抗拉强度为361MPa，屈服强度为263MPa，延伸率为6.1％；在250℃，屈服强度231MPa，延伸率8.3％；在300℃，屈服强度159MPa条件下，延伸率18％。本专利技术所制备合金与GWK103合金相比，在明显降低Gd和Y的总添加量的同时保本文档来自技高网...

【技术保护点】
含铕高强铸造镁合金，其特征在于，各组分按重量百分比为：Zn 1.0～6.0％，Gd 1.0～6.0％，Y 1.0～3.0％,Eu 0.1～1.0％，Zr 0.1～1.0％，其余为镁和杂质，杂质总和≤0.15％。

【技术特征摘要】
1.含铕高强铸造镁合金，其特征在于，各组分按重量百分比为：Zn1.0～6.0％，Gd1.0～6.0％，Y1.0～3.0％,Eu0.1～1.0％，Zr0.1～1.0％，其余为镁和杂质，杂质总和≤0.15％。2.根据权利要求1所述含铕高强铸造镁合金，其特征在于，各组分按重量百分比为：Zn5.3％，Gd5.4％，Y2.7％，Eu0.2％，Zr0.41％，其它杂质元素总和≤0.15％，其余为镁。3.根据权利要求1所述含铕高强铸造镁合金，其特征在于，各组分按重量百分比为：Zn2.2％，Gd1.7％，Y2.4％，Eu0.4％，Zr0.43％，其它杂质元素总和≤0.15％，余量为Mg。4.根据权利要求1所述含铕高强铸造镁合金，其特征在于，各组分按重量百分比为：Zn4.3％，Gd3.5％，Y1.8％，Eu0.4％，Zr0.32％，其它杂质元素总和≤0.15％，余量为Mg。5.根据权利要求1所述含铕高强铸造镁合金，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑江，张瑞杰，姜世庆，
申请(专利权)人：南京镐极信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32