一种耐热抗蠕变镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐热抗蠕变镁合金及其制备方法，属于金属材料及冶金领域。本发明专利技术中的耐热抗蠕变镁合金，主要由以下质量百分比的组分组成：7～8％Sm，0.7～0.9％Nd，1.5～2.0％Zn，1.0～1.3％Ca，1.2～1.5％Mn，1.1～1.3％Al，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明专利技术中的镁合金在高温下具有很好的抗拉强度和良好的抗蠕变性能，具有良好的应用前景。

Heat resistant creep resistant magnesium alloy and preparation method thereof

The invention relates to a heat-resistant creep resistant magnesium alloy and a preparation method thereof, belonging to the field of metal materials and metallurgy. The invention of the heat resistance and creep resistance of magnesium alloy, mainly consists of the following components: the mass fraction of 7 ~ 8%Sm, 0.7 ~ 0.9%Nd, 1.5 ~ 2.0%Zn, 1 ~ 1.3%Ca, 1.2 ~ 1.5%Mn, 1.1 ~ 1.3%Al, residual Mg and inevitable impurities. The magnesium alloy of the present invention has good tensile strength and good creep resistance at high temperature, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种耐热抗蠕变镁合金及其制备方法
本专利技术涉及一种耐热抗蠕变镁合金及其制备方法，属于金属材料及冶金领域。
技术介绍
镁及镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，在许多领域应用都有十分显著的优势，特别是在航空、航天和汽车、摩托车、高速轻轨列车方面具有难以替代的优势，但是，镁合金的强度和耐热性能不佳，严重阻碍其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用，因此提高镁合金的强度和耐热性能是发展镁合金材料的重要课题。现有的耐热镁合金研制主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过添加适当的合金元素，引入热稳定性高的第二相、降低各元素在镁基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高镁合金热强性和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高镁合金耐热性能最有效的元素。大部分稀土元素在镁中具有较大的固溶度极限，且随温度下降，固溶度急剧降低，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物相；稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界(主要是晶界)的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了镁合金的高温强度，这使得Mg-RE合金适于在较高温度环境下长期工作。Mg-RE(如Mg-Y系)合金是非常重要的耐热镁合金系列，具有高的高温强度和优异的抗蠕变性能。当前在200～300℃下长期工作的镁合金零部件绝大部分为Mg-RE系合金，Mg-RE系合金已成为发展高强耐热镁合金的一个重要合金系。作为镁和稀土资源第一大国，中国关于Mg-RE系合金的研究近年来不断增多和深入，稀土镁合金的成功研发将有助于我们利用这一优势。目前的商业耐热镁合金如WE54，其存在的主要不足是耐热性能不够稳定，高温时强度下降较多，还不能完全满足航空航天、军工、汽车及其它行业在较宽的作业温度范围，特别是在200℃-300℃下使用时对强度稳定性的更高要求。授权公布号为CN101353747B的专利技术专利公开了一种压铸耐热镁合金，该合金包含的组分及其重量百分比为：1.5-6.0％Sm，0-3.0％Nd，0-2.5％Ca，0.1-2.0％Zn，0.2-0.8％Zr，杂质元素Fe<0.005％，Cu<0.015％，Ni<0.002％，其余为Mg。该镁合金在200℃下所能达到的抗拉伸强度最高为202MPa、屈服强度为136MPa，但该镁合金仍不能满足现在对镁合金更高温度条件下(200～300℃)的应用需求，而且其蠕变只公开到200℃，80MPa条件下的测试结果，最低的蠕变量也达到了0.05％，对于更高温度和受力条件下的蠕变测试，该专利技术并未提供，总体而言该镁合金并不能很好适用于高温条件下(200～300℃)应用，存在使用范围上诸多局限性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种耐热抗蠕变镁合金，该镁合金在高温下具有很好的抗拉强度和良好的抗蠕变性能。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述耐热抗蠕变合金的制备方法。本专利技术的耐热抗蠕变镁合金，主要由以下质量百分比的组分组成：7～8％Sm，0.7～0.9％Nd，1.5～2.0％Zn，1.0～1.3％Ca，1.2～1.5％Mn，1.1～1.3％Al，余量为Mg和不可避免的杂质。上述不可避免的杂质元素为Si、Fe、Cu、Ni；Si、Fe、Cu、Ni的质量百分比之和小于0.015％。上述耐热抗蠕变镁合金的制备方法，包括步骤：(1)将镁、铝、锌及镁钐中间合金、镁钕中间合金、镁钙中间合金、镁锰中间合金分别单独预热；(2)在CO2与SF6混合气体氛围中，将步骤(1)中预热后的镁、铝、锌熔化，加热至740～750℃时，加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金、镁钕中间合金、镁钙中间合金、镁锰中间合金，待中间合金全部熔化，搅拌均匀，保温20～25分钟，然后降温至710～720℃，保温3～5分钟得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中所得的合金浇铸液进行浇铸，得铸态合金；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行热处理，即得耐热抗蠕变镁合金。上述步骤(1)中所述的预热温度为200～220℃。上述步骤(1)中的预热时间为2小时。上述步骤(1)中镁钐中间合金中钐的质量为镁钐中间合金质量的25％、镁钕中间合金中钕的质量为镁钕中间合金质量的30％、镁钙中间合金中钙的质量为镁钙中间合金质量的22％、镁锰中间合金中锰的质量为镁锰中间合金质量的25％。上述步骤(2)中待中间合金全部熔化后去除表面浮渣。上述步骤(2)中CO2与SF6的体积比为：99:1。上述步骤(3)中浇铸前对浇铸模具预热，模具预热温度为280～300℃。上述步骤(4)中所述热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理。上述固溶处理为先保温处理，保温温度为530～540℃，处理时间为8～12小时，然后淬火处理。上述淬火处理为以热水为介质进行淬火处理并降至室温，其中热水温度为85～95℃。上述固溶处理时在氧化镁粉末覆盖下进行，防止氧化燃烧。上述时效处理温度为220～240℃，处理时间为16～17小时。上述时效处理过程中，空冷至室温。本专利技术的有益效果：本专利技术合金采用稀土元素Sm作为镁合金高温力学性能改善的第一组分，Sm在Mg合金中的固溶度较大，经过固溶处理和时效处理能够起到良好的时效析出强化和固溶强化效果。本专利技术中的耐热抗蠕变镁合金同样添加了稀土元素Nd，充分发挥各稀土元素的协调配合作用，增加了稀土的时效析出强化效应，为了保证本专利技术合金的强化效果而又尽量降低总的稀土含量，减少合金密度和降低成本。另外加入少量的Ca可改善镁合金的显微组织和力学性能，Ca可细化晶粒，提高室温强度，也可与Mg生成高熔点强化相Mg2Ca，改善高温强度，但Ca过量会影响铸造性能，因此本专利技术的Ca加入量不宜过高。镁合金加入少量的Mn能够提高合金的塑性和铸造性能，少量Al的添加能够显著细化合金显微组织，是提高镁合金耐热性能的重要元素，镁合金加入少量的Zn能够提高合金的塑性和高温热稳定性。本专利技术综合利用稀土元素(Sm、Nd)，碱土元素Ca及其他元素(Zn、Mn、Al)，对合金进行性能改进，并将得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，跟现有技术相比，本合金制备工艺简单，具有良好的耐热性能。与现有应用的镁合金相比，本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术熔炼及热处理工艺简单，显微组织均匀，合金力学性能和耐热性能得到显著提高。本专利技术在添加稀土元素Sm作为第一组元的基础上，引入适量稀土元素Nd，碱土元素Ca及其他元素(Zn、Mn、Al)，通过多组元微合金化的方法对Mg-Sm合金进行改性，并将得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，跟现有技术相比，本专利技术所制备的耐热抗蠕变镁合金具有优异的高温抗拉强度和抗蠕变性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锌，镁钐中间合金及镁钕中间合金，镁钙中间合金、镁锰中间合金均为市售产品，其中，镁钐中间合金中钐的质量为镁钐中间合金质量的25％、镁钕中间合金中钕的质量为镁钕中间合金质量的30％、镁钙中间合金中钙的质量为镁钙中间合金质量的22％、镁锰中间合金中锰的质量为镁锰中间合金质量的25％。实施例1本实施例中耐热抗蠕变镁合金由以下质量百分比的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热抗蠕变镁合金，其特征在于，主要由以下质量百分比的组分组成：7～8％Sm，0.7～0.9％Nd，1.5～2.0％Zn，1.0～1.3％Ca，1.2～1.5％Mn，1.1～1.3％Al，余量为Mg和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐热抗蠕变镁合金，其特征在于，主要由以下质量百分比的组分组成：7～8％Sm，0.7～0.9％Nd，1.5～2.0％Zn，1.0～1.3％Ca，1.2～1.5％Mn，1.1～1.3％Al，余量为Mg和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的耐热抗蠕变镁合金，其特征在于，所述不可避免的杂质元素为Si、Fe、Cu、Ni；Si、Fe、Cu、Ni的质量百分比之和小于0.015％。3.一种如权利要求1所述的耐热抗蠕变镁合金的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1)将镁、铝、锌及镁钐中间合金、镁钕中间合金、镁钙中间合金、镁锰中间合金分别单独预热；(2)在CO2与SF6混合气体氛围中，将步骤(1)中预热后的镁、铝、锌熔化，加热至740～750℃时，加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金、镁钕中间合金、镁钙中间合金、镁锰中间合金，待中间合金全部熔化，搅拌均匀，保温20～25分钟，然后降温至710～720℃，保温3～5分钟得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中所得的合金浇铸液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，陈晓亚，张清，朱利敏，付三玲，李全安，张帅，王颂博，关海昆，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41