一种砂型铸造镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种砂型铸造镁合金，成分为：4～5wt％的Sm；0.5～3wt％的Nd；0.2～0.5wt％的Yb；0.5～0.8wt％的Zn；0.4～0.6wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。本发明专利技术中轻稀土Sm、Nd能够起到细晶强化、固溶强化和沉淀析出第二相强化的作用；而且Sm与Nd与Mg能够形成热稳定性良好的第二相，第二相在高温时能有效阻碍位错运动和晶界滑移，有效提升合金抗高温蠕变性能。本发明专利技术在砂型铸造镁合金中添加微量原子半径较大的Yb元素，能够降低层错能，促进孪晶，产生强大的固溶强化效果；本发明专利技术在Sm、Nd和Yb的综合作用下，能够获得综合力学性能良好的砂型铸造镁合金。

【技术实现步骤摘要】
一种砂型铸造镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金
，尤其涉及一种砂型铸造镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金作为目前最轻的结构材料，具有高的比强度、比刚度，良好的切削加工性能、电磁防护特性、阻尼性能及导热性，而且易回收。在目前铁矿、钛矿和铝矿资源紧张的情况下，开发和利用镁资源作为替代材料已成为必然趋势。因此，镁合金被誉为“21世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”，正在汽车工业、电子通讯、航空航天和军事工业等领域得到广泛的应用。砂型铸造作为最早开发的生产工艺之一，相对目前的压铸工艺来说，虽然生产效率低，但是却无法替代，对于大型复杂结构件的生产，砂型铸造是一种相对低成本且易实现的生产工艺。在航空航天和汽车工业的镁合金构件由于结构复杂、尺寸大而采用砂型铸造，如：壳体、缸盖、箱体等。但是砂型铸造由于冷却速度很慢，晶粒粗化比较严重，并且凝固过程中热裂倾向较大、易产生缩孔等缺陷，导致力学性能偏低，很难满足结构件的力学性能要求。因此，如何提高砂型铸造镁合金的性能尤其是抗高温蠕变性能成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种砂型铸造镁合金及其制备方法，本专利技术提供的砂型铸造镁合金具有良好的抗高温蠕变性。本专利技术提供了一种砂型铸造镁合金，成分为：4～5wt％的Sm；0.5～3wt％的Nd；0.2～0.5wt％的Yb；0.5～0.8wt％的Zn；0.4～0.6wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。优选的，所述砂型铸造镁合金的成分为：4.2～4.8wt％的Sm；1～2.5wt％的Nd；0.3～0.4wt％的Yb；0.6～0.7wt％的Zn；0.45～0.55wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的砂型铸造镁合金的制备方法，包括：将镁源、锌源、钐源、钕源、镱源和锆源混合、熔炼，得到合金液；将合金液浇铸到砂型模具中，得到砂型铸造镁合金。优选的，所述混合之前还包括：将镁源、锌源、钐源、钕源、镱源和锆源预热；所述预热的温度为200～300℃。优选的，所述混合的方法为：先加入镁源；待镁源熔化后，依次加入锌源、钐源、钕源和镱源；最后加入锆源，得到金属液。优选的，所述镁源的加入温度为500～600℃。优选的，在保护性气体的存在下加入镁源；所述保护性气体包括SF6和CO2。优选的，所述锌源、钐源、钕源和镱源的加入温度为730～740℃。优选的，所述锆源的加入温度为760～780℃。优选的，所述浇铸之前还包括：将砂型模具预热；所述预热的温度为200～250℃。与现有技术相比，本专利技术提供的砂型铸造镁合金以轻稀土Sm、Nd为主要合金元素，Sm和Nd一方面能够提高过冷度，起到细化晶粒的作用，另一方面，Sm和Nd在Mg中具有相对较大的固溶度，能够起到良好的固溶强化的效果；而且Sm、Nd和Mg还能够形成Mg41Sm5、Mg12Nd等热稳定性良好的第二相，能够起到第二相强化效果；此外，这些热稳定性良好的第二相在高温时能够有效阻碍位错运动和晶界滑移，有效提高抗高温蠕变性能。而且，本专利技术添加半径较大的Yb，能够降低层错能、促进孪生，产生较强的固溶强化效果。本专利技术提供的砂型铸造镁合金在Sm、Nd和Yb的综合作用下，具有良好的综合力学性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例4制备得到的砂型铸造镁合金铸态组织图；图2为本专利技术实施例4制备得到的砂型铸造镁合金蠕变组织的SEM图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种砂型铸造镁合金，成分为：4～5wt％的Sm；0.5～3wt％的Nd；0.2～0.5wt％的Yb；0.5～0.8wt％的Zn；0.4～0.6wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。本专利技术提供的砂型铸造镁合金以轻稀土Sm、Nd为主要合金元素，能够起到细晶强化、固溶强化和沉淀析出第二相强化的作用；而且Sm与Nd与Mg能够形成Mg41Sm5、Mg12Nd等热稳定性良好的第二相，第二相在高温时能有效阻碍位错运动和晶界滑移，有效提升合金抗高温蠕变性能。本专利技术在砂型铸造镁合金中添加微量原子半径较大的Yb元素，能够降低层错能，促进孪晶，产生强大的固溶强化效果；本专利技术在Sm、Nd和Yb的综合作用下，能够获得综合力学性能良好的砂型铸造镁合金。在本专利技术中，所述Sm在砂型铸造镁合金中的质量含量优选为4.2～4.8％，更优选为4.4～4.6％，最优选为4％或4.5％。在本专利技术中，所述Nd在砂型铸造镁合金中的质量含量优选为1～2.5％，更优选为1.5～2.5％，最优选为2.5％。在本专利技术中，所述Yb在砂型铸造镁合金中的质量含量优选为0.3～0.4％，更优选为0.35％或0.5％。在本专利技术中，所述Zn在砂型铸造镁合金中的质量含量优选为0.6～0.7％，更优选为0.75％或0.6％。在本专利技术中，所述Zn能够细化晶粒、改善组织。在本专利技术中，所述Zr在砂型铸造镁合金中的质量含量优选为0.45～0.55％，更优选为0.5％或0.4％。本专利技术提供的砂型铸造镁合金中除Sm、Nd、Yb、Zn和Zr外，剩余的成分为Mg和不可避免的杂质。在本专利技术中，所述杂质可以为Fe、Cu、Si和Ni中的一种或几种。在本专利技术中，所述砂型铸造镁合金中Fe的质量含量优选≤0.005％；Cu的质量含量优选≤0.0005％；Si的质量含量优选≤0.005％；Ni的质量含量优选≤0.0005％。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的砂型铸造镁合金的制备方法，包括：将镁源、锌源、钐源、钕源、镱源和锆源混合、熔炼，得到合金液；将所述合金液浇铸到砂型模具中，得到砂型铸造镁合金。本专利技术在混合之前优选将镁源、锌源、钐源、钕源、镱源和锆源去掉氧化皮后预热；所述预热的温度优选为200～300℃，更优选为220～280℃，最优选为240～260℃。在本专利技术中，所述混合的方法优选为：先加入镁源；待镁源熔化后，依次加入锌源、钐源、钕源和镱源；然后升温后加入锆源，得到金属液。本专利技术优选将坩埚加热至500～600℃加入镁源，更优选为520～580℃，更优选为540～560℃，最优选为550℃。本专利技术优选在通入保护性气体的条件下加入镁源，防止氧化。在本专利技术中，所述保护性气优选包括SF6和CO2；所述SF6和CO2的体积比优选为1:(180～220)，更优选为1:(190～210)，最优选为1:200。本专利技术优选在730～740℃加入锌源、钐源、钕源和镱源。本专利技术优选待锌源、钐源、钕源和镱源熔化后撇去表面浮渣搅拌后升温。在本专利技术中，所述搅拌的时间优选为10～20min，更优选为12～18min，最优选为14～16min。在本专利技术中，所述升温的温度优选为760～780℃，更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砂型铸造镁合金，成分为：4～5wt％的Sm；0.5～3wt％的Nd；0.2～0.5wt％的Yb；0.5～0.8wt％的Zn；0.4～0.6wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种砂型铸造镁合金，成分为：4～5wt％的Sm；0.5～3wt％的Nd；0.2～0.5wt％的Yb；0.5～0.8wt％的Zn；0.4～0.6wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的砂型铸造镁合金，其特征在于，所述砂型铸造镁合金的成分为：4.2～4.8wt％的Sm；1～2.5wt％的Nd；0.3～0.4wt％的Yb；0.6～0.7wt％的Zn；0.45～0.55wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。3.一种权利要求1所述的砂型铸造镁合金的制备方法，包括：将镁源、锌源、钐源、钕源、镱源和锆源混合、熔炼，得到合金液；将合金液浇铸到砂型模具中，得到砂型铸造镁合金。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述混合之前还包括：将镁源、锌源、钐源...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，张德平，张栋栋，杨强，孙伟，牛晓东，刘孝娟，李柏顺，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22