一种自强化高锌耐热镁合金制造技术

本发明专利技术提供了一种具有良好铸造性能和力学性能、尤其是在高温应力环境下可以发生自强化的高温高强的高锌耐热镁合金。该合金重量百分组成为锌６％～１０％、铝２％～４％、稀土０．１％～１．０％，其中锌元素与铝元素重量比为２～３，其余为镁和不可避免的杂质。该合金特征是合金铸态组织由基体和单一球状第二相组成，在高温下有明显的应变时效效果。本高锌耐热镁合金具有优良的室温、高温延伸率和高温强度，克服了高锌镁合金塑性差和高温强度不足等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轻金属材料，尤其是指在高温应力环境下可以发生自强化的高锌耐热 镁合金。
技术介绍
镁合金作为一种新型轻质金属材料，以其优异的比强度等优点在航空航天、交通运输、 3C产品等诸多领域获得了广泛应用。目前应用最广的是Mg-Al系列，但是该类合金在温 度高于12(TC时力学性能就会迅速下降，使之无法在许多工业产品和设备上推广应用。虽 然目前已有能在20(TC 30(TC使用的镁合金，但是这些镁合金都含有较高比例的贵重元素(如Nd、 Th、 Y、 Sc或混合稀土等)，致使合金的成本不能为一般工业产品所接受。在Mg-Al系合金中增加Zn含量、降低Al含量、控制Zn/Al比，合金中将出现t(Mg32(Al， Zn)49)、 s (MgZn)以及二十面体准晶相(I相)等热强相，使材料耐热性提 高，这就是Mg-Zn-Al合金，属新型耐热合金系。但是这类合金的结晶温度间隔较大，使 得合金铸造性能较差。另外，由于合金中含有高含量的合金元素Zn和Al，金属间化合物 往往以连续或半连续网状分布于晶界，使材料脆性增加。虽然通过合金化，如在高锌镁合 金中加入Re、 Si、 Ca等元素，通过细化晶粒或形成新的高稳定性的化合物相，在一定程 度上提高了高锌镁合金的室温和高温力学性能，但是由于没有对合金成分进行精确调控， 合金中往往同时存在t ( Mg32(Al，Zn)49)、 O (Al2Mg5Zn2)、 s (MgZn)等两种或两种以上 的化合物相，这些化合物相的结晶行为、界面结构、稳定性等各不相同，使得难以通过合 适且简单易行的工艺使合金组织、性能达到优化。与添加合金元素形成新的化合物一样(如 加入Si形成Mg2Si)，在提高合金强度的同时是以牺牲塑性为代价的。因此，目前高锌镁 合金塑性差和高温强度不足等问题没有从根本上得到解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有良好铸造性能和力学性能、尤其是在高温应力环境下 可以发生自强化的高温高强的高锌耐热镁合金。本专利技术的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金由镁、锌、铝和稀土组成，其重量百分组成为锌6%~10%、铝2%~4%、稀土 0.1%~1.0%，其余为镁和不可避免的杂质。 所述稀土为单一稀土铒或富钇混合稀土，所用富钇稀土镁合金化学成分的质量分数为 Y25.4%， REO31.04% (其中各稀土氧化物所占比例为Y76.05%， Dy0.33%， Ho4.64%， Erl5.84%， Tml.37%， YbO.32%, Lul.l6%， La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb均小于 0.03%),其余为镁；也可以是其它稀土元素。所述的自强化高锌耐热镁合金，合金中锌元素与铝元素重量之比为2~3。相比现有技术，本专利技术具有如下优点1、 该合金铸态组织由基体和单一球状第二相组成，在高温下有明显的应变时效效果; 具有良好的铸造性能和力学性能，尤其是在高温应力环境下具有自强化特性。2、 本高锌耐热镁合金具有优良的室温、高温延伸率和高温强度，克服了高锌镁合金 塑性差和高温强度不足等问题。3、 本专利技术的自强化高锌耐热镁合金，通过控制Zn、 Al含量和Zn/Al比，使合金中产 生单一T ( Mg32(Al， Zn)49)相。RE (稀土元素)的作用是提高铸造性能，改善T相的结晶 学形貌，使T相由晶界连续或半连续网状变成球状相，提高合金的室温和高温延伸率；同 时大幅度增强下合金的应变时效效果，使合金具有明显的自强化效应，提高合金的高温强 度。附图说明图1是未添加稀土前合金铸态组织的典型扫描电子显微镜照片； 图2是加入0.4%稀土后合金铸态组织的典型扫描电子显微镜照片； 图3是时效后合金的典型透射电镜组织照片。具体实施方式实施例l: 一种自强化高锌耐热镁合金，所述镁合金中各成份的重量百分比为锌10%、 铝4.0%、稀土钇(含Y25.4。/。富钇混合稀土) 0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。实施例2: —种自强化高锌耐热镁合金，所述镁合金中各成份的重量百分比为锌8%、 铝3.4%、稀土铒0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。实施例3: —种自强化高锌耐热镁合金，所述镁合金中各成份的重量百分比为锌7%、 铝3.0%、稀土铒0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。本专利技术的自强化高锌耐热镁合金均以镁为基体，可以采用以下制备工艺来制取原材料为镁锭、纯锌、纯铝和稀土中间合金。采用电阻坩埚炉熔炼，通入SF6和C02混合气体 保护。熔炼过程中先将镁锭置于坩埚中，加热熔化后，同时加入锌块、铝块，完全熔化后 再加入镁-铒中间合金或富钇稀土镁合金。待全部熔化以后将熔体加热至75(TC，保温30min 后，降温至680°C，金属模浇注。用浇注的样件制备力学性能试棒和电镜显微组织观察样PI叫o扫描电镜形貌显示，未添加稀土前合金铸态组织由镁基体以及晶界连续或半连续网状t ( Mg32(Al， Zn)49)相组成，如附图l所示；加入少量稀土后，使t相的形貌变成球状，如附图2所示，减少了化合物对基体的割裂作用，使材料塑性提高，延伸率增加。附图3是时效后合金的典型透射电镜组织照片，照片显示合金在高温应力条件下产生明显的应变 时效，在基体内均匀弥散析出纳米级的析出相，析出相与基体间有确定的位向关系，因此 显著提高了材料的高温强度。本专利技术的自强化高锌耐热镁合金实施例1~3的化学成分和室温(RT)及高温(15(TC) 力学性能如表1所示。表1合金的化学成分和力学性能<table>table see original document page 5</column></row><table>经研究发现稀土元素具有净化和变质镁合金组织、改善合金铸造性能以及提高合金高 温强度等作用。本专利技术研究了高锌成分范围内合金相随Zn、 Al含量和Zn/Al比的变化规律，发现在一 定的Zn、 Al含量和Zn/Al比下，合金中只存在单一第二相t ( Mg32(Al， Zn)49)相；而且t (Mg32(Al, Zn)49)相与基体间有确定的位向关系，有明显的时效强化效果；在应力作用 下时效析出过程加速。权利要求1.一种自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金由镁、锌、铝和稀土组成，其重量百分组成为锌6％～10％、铝2％～4％、稀土0.1％～1.0％，其余为镁和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述稀土为单一稀土铒或 富钇混合稀土。3. 根据权利要求1或2所述的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金中锌元素 与铝元素重量之比为2 3。4. 根据权利要求3所述的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金中各成份的重 量百分比为锌10%、铝4.0%、稀土钇0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。5. 根据权利要求3所述的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金中各成份的重 量百分比为锌8%、铝3.4%、稀土铒0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。6. 根据权利要求3所述的自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金中各成份的重 量百分比为锌7%、铝3.0%、稀土铒0.4%，其余为镁和不可避免的杂质。全文摘要本专利技术提供了一种具有良好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自强化高锌耐热镁合金，其特征在于所述镁合金由镁、锌、铝和稀土组成，其重量百分组成为锌６％～１０％、铝２％～４％、稀土０．１％～１．０％，其余为镁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，杨亮，潘复生，何曲波，汤爱涛，杨明波，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]