一种高强耐疲劳稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强耐疲劳稀土镁合金及其制备方法，属于稀土镁合金技术领域。解决了现有技术中的稀土镁合金的综合强度和耐疲劳性仍不甚理想的技术问题。该稀土镁合金的组成及各组分质量百分比为：Al 8.0～9.0％，Zn 0.4～0.8％，La 0.8～1.4％，Gd 0.3～0.7％，Mn 0.1～0.3％，余量为Mg及不可避免的杂质元素，通过镁合金铸锭、固溶处理、车削、热挤压制备而成。本发明专利技术的稀土镁合金具备良好的室温强度和耐疲劳性，经检测，屈服强度可达330～344MPa，抗拉强度可达391～401MPa，延伸率可达11.6～12.9％，拉压疲劳强度可达90MPa，压压疲劳强度可达180MPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于稀土镁合金
，具体地说，涉及一种高强耐疲劳稀土镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁是目前可应用的金属结构材料中最轻的，密度为1.74g/cm3，远低于铝(2.7g/cm3)和铁(7.87g/cm3)，具有轻质、高比强度、高比刚度、优良的阻尼性能和电磁屏蔽性能等优点。但纯镁的机械性能较差，在实际应用中往往与一种或多种元素(如铝、锌、锰、锆、锂、银等)形成合金。常用镁合金主要分为Mg-Al，Mg-Mn，Mg-Zn-Zr等系列，通过合金元素的添加可达到固溶强化、析出强化、细晶强化、弥散强化的目的，以满足使用条件要求。稀土元素由于其特殊的价电子结构以及在镁中显著地强化效果，正成为镁合金领域研究的热点。“稀土”指的是IIIB族中的钪、钇和镧系共17种元素。它们是：钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。稀土和镁的原子半径相近，大部分稀土与镁的原子半径之差在15％以内，所以大部分稀土在镁中具有较高的固溶度；大部分稀土元素与镁具有相似的晶体结构，相似的晶体结构有利于提高稀土在镁中的固溶度；稀土在镁中的固溶度随温度下降而降低，这为稀土在镁中的固溶、时效强化提供了前提条件。但稀土元素在镁中的固溶度又受原子半径和电负性的影响，故不尽相同。同时，稀土在价格上相差极大，故合理选择价格较低并在镁中强化效果显著的稀土元素成为研究的关键问题。Mg-Al系镁合金是目前应用最广泛的镁合金系列，具有良好的铸造性能和室温力学性能，如何使Mg-Al系合金的强度进一步提高，综合性能进一步改善，具有重要意义。CN104294124A公开了一种低稀土高强镁合金，该合金由以下质量百分比的组分组成：7.5％～8.5％Al、0.4％～0.6％Y、0.2％～0.4％Sm、0.1％～0.3％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质元素。该专利技术的合金组分为Mg-Al-Y-Sm-Sb，室温抗拉强度不低于250MPa，150℃时抗拉强度不低于190MPa，未进行挤压变形。CN103131924A公开了一种含Sm的Mg-Al-Zn系耐热变形镁合金及其制备方法，该合金各组分的质量百分含量为：Al7.7～8.1％；Zn0.47～0.54％；Sm0.2～1.5％；Mn≤0.15％；余量为Mg。合金铸锭均匀化工艺为随炉升温至440℃，保温10h后空冷；均匀化处理后，以380℃为挤压温度、挤压比为25，对合金进行热挤压变形，挤压后合金的室温抗拉强度为335～345MPa，屈服强度为231～244MPa，延伸率为7.56～11.36％，与对比合金AZ80(335MPa，213MPa，10.27％)未有显著提高；150℃抗拉强度为307～333MPa，屈服强度为222～241MPa，延伸率为17.9～22.1％，与对比合金AZ80(280MPa，198MPa，22.5％)略有提高。可以看出，现有技术中的稀土镁合金，综合强度仍有待提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强耐疲劳稀土镁合金及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强耐疲劳稀土镁合金，其组成及各组分的质量百分比为：Al8.0～9.0％，Zn0.4～0.8％，La0.8～1.4％，Gd0.3～0.7％，Mn0.1～0.3％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。优选的，所述高强耐疲劳稀土镁合金，各组分的质量百分比为：Al8.56％，Zn0.68％，La1.16％，Gd0.42％，Mn0.15％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。上述高强耐疲劳稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照各组分的质量百分比配比镁、铝、锌、镧源、钆源和锰源；步骤二、将反应装置预热至200℃～300℃，加入镁，并加入5号熔剂将镁进行覆盖；步骤三、待镁完全融化后，将熔体升温至720℃～780℃，分批向熔体中加入预热到150℃～200℃的铝、锌、镧源、钆源和锰源，搅拌均匀，通氩气精炼，然后静置30min～1h，浇铸成铸锭；步骤四、将步骤三得到的铸锭在真空中保温24h，保温温度为420℃，然后将铸锭放入60℃～100℃的水中淬火；步骤五、将淬火后的铸锭车削、预热后进行热挤压，挤压温度为200℃～240℃，挤压速度为0.1mm/s～0.3mm/s，得到镁合金型材。优选的，所述步骤一中，镁为高纯镁、铝为高纯铝、锌为高纯锌、镧源为含镧20％的镁镧中间合金、钆源为含钆20％的镁钆中间合金、锰源为含锰10％的铝锰中间合金。优选的，所述步骤三中，熔体升温至740℃。优选的，所述步骤三中，采用半连续铸造方式铸造铸锭，保护气体为体积比为100:1的CO2和SF6的混合气体。优选的，所述步骤四中，将铸锭加入80℃的水中淬火。优选的，所述步骤五中，将淬火后的铸锭车削成圆锭。优选的，所述步骤五中，所述预热是将车削后的铸锭在200℃～240℃的环境下预热2h～2.5h。优选的，所述步骤五中，热挤出的挤压比为22:1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术基于与现有技术中的稀土镁合金不同的构思，通过稀土镧、钆的加入，使合金中的第二相由单一粗大的Mg17Al12相变为离散的共晶Mg17Al12相、针状的Al11RE3相、块状的Al-RE相和Al-Mn-RE相。经实验检测，稀土镁合金的屈服强度可达330MPa～344MPa，抗拉强度可达391MPa～401MPa，延伸率可达11.6％～12.9％。且保证合金具有较好的耐疲劳性能经试验检测，拉压疲劳强(5×106次循环，R＝-1)可达90MPa，压压疲劳强度(5×106次循环，R＝0.1)可达180MPa。2、本专利技术的制备方法，采用半连续铸造方式铸造铸锭，可细化铸锭的晶粒尺寸，降低合金中的杂质含量。经过低温低速热挤压后，合金的晶粒尺寸得到极大的细化，约为0.73μm，同时动态时效过程使合金晶界处析出大量的纳米级Mg17Al12相，极大提高了合金的室温强度。附图说明图1为本专利技术实施例1～3的镁合金的室温拉伸曲线；图2为本专利技术实施例1的镁合金的透射电镜图；图3为本专利技术实施例1的镁合金的透射电镜图及选区电子衍射图；图4为本专利技术实施例1的镁合金的拉压疲劳曲线；图5中，(a)、(b)分别为本专利技术实施例1的镁合金的基于应力、应变的压压疲劳曲线。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合具体实施方式对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术的高强耐疲劳稀土镁合金，组成及各组分的质量百分比为：8.0～9.0％Al，0.4～0.8％的Zn，0.8～1.4％的La，0.3～0.7％的Gd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土镁合金，其特征在于，其组成及各组分的质量百分比为：Al 8.0～9.0％，Zn 0.4～0.8％，La 0.8～1.4％，Gd 0.3～0.7％，Mn 0.1～0.3％，余量为Mg及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种稀土镁合金，其特征在于，其组成及各组分的质量百分比为：
Al8.0～9.0％，
Zn0.4～0.8％，
La0.8～1.4％，
Gd0.3～0.7％，
Mn0.1～0.3％，
余量为Mg及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的稀土镁合金，其特征在于，所述各组分的质量百
分比为：
Al8.56％，
Zn0.68％，
La1.16％，
Gd0.42％，
Mn0.15％，
余量为Mg及不可避免的杂质元素。
3.权利要求1或2所述的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下
步骤：
步骤一、按照各组分的质量百分比配比镁、铝、锌、镧源、钆源和锰源；
步骤二、将反应装置预热至200℃～300℃，加入镁，并加入5号熔剂将镁进
行覆盖；
步骤三、待镁完全融化后，将熔体升温至720℃～780℃，分批向熔体中加入
预热到150℃～200℃的铝、锌、镧源、钆源和锰源，搅拌均匀，通氩气精炼，然
后静置30min～1h，浇铸成铸锭；
步骤四、将步骤三得到的铸锭在真空中保温24h，保温温度为420℃，然后
将铸锭放入60℃～100℃的水中淬火；
步骤五、将淬火后的铸锭车削、预热后...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，邱鑫，卜繁强，杨强，张德平，牛晓东，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，波音中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22