本发明专利技术公开了一种高强耐热稀土镁合金，这种稀土镁合金包括２～１０％重量比的钆（Ｇｄ）、３～１２％重量比的钇（Ｙ），其余为镁。本发明专利技术的相结构特征类似于耐热的Ｍｇ－Ｔｈ系合金，是一种高度抗粒子粗化、能提供高度强化和蠕变抗力的析出结构，在３００℃应用条件下，短时（１０分钟以上）极限拉伸强度σ↓［ｂ］≥１８０ＭＰａ。即可以作为铸造镁合金使用，又可以作为变形镁合金加工。因此能应用于航空航天领域和汽车工业要求高温环境服役条件的结构件，满足航空航天及汽车工业的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种稀土镁合金。
技术介绍
镁合金按照耐热性能可分为两类，一类在120℃以下能正常工作的Mg-Al系合金和Mg-Zn系合金，如AZ91-Mg-9Al-1Zn-0.2Mn、ZK60-Mg-6Zn-0.5Zr。另一类是在120℃以上使用的镁合金，一般是稀土镁合金Mg-Re，含钍Mg-Th系镁合金的耐热性最好，可在350℃下工作，如HM31A、HK31，但钍的放射性限制了这些合金的应用。从上世纪40年代以来，相继开发了一些在高温下有良好性能的镁-稀土金属合金，如QE22、EQ21、WE54、WE43等，这些合金的正常使用温度一般达不到250℃。由于航空航天和汽车工业的需要，要求研制耐热温度大于250℃甚至达到300℃的耐热镁合金，并且合金具有高温强度。因此目前人们特别重视重稀土镁合金的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐热性能好、强度高的高强耐热稀土镁合金，以满足航空航天和汽车工业的需要。本专利技术提供的高强耐热稀土镁合金包括2～10％重量比的钆(Gd)、3～12％重量比的钇(Y)，其余为镁。由于稀土镁合金主要靠固溶强化和析出强化。重稀土钆(Gd)和钇(Y)的二元镁合金的最大固溶度分别是4.53at％和3.75at％，它们在稀土元素中为较大的固溶元素。而Mg-Gd二元合金的高温强度与蠕变性能表现最显著，其次是钇。Mg-Gd合金的时效反应比Mg-Y敏感，在同样的时效温度下，Mg-Gd合金出现峰值时效较早，两种合金的析出平衡相分别是Mg5Gd和Mg24Y5。本专利技术复合添加这两种稀土元素形成三元Mg-Gd-Y系合金，通过系列实验及应用研究表明，这种三元Mg-Gd-Y系合金析出相是Mg、Gd、Y的复杂化合物，是一种较稳定的耐热相，其相组成可能是Mg5Gd与Mg24Y5的无限固溶体，析出物总是沿基体的棱柱面析出，形成一种交叉的网状相结构。这种相结构特征类似于耐热的Mg-Th系合金，是一种高度抗粒子粗化、能提供高度强化和蠕变抗力的析出结构。微结构分析表明，本专利技术合金的析出序列是Mg-Gd型的，也就是三元Mg-Gd-Y系合金的析出相类似于二元合金Mg-Gd中的析出相Mg5Gd的析出过程。即α′(cph)→β″(D019)→β′(cbco)→β1(fcc)→β(Mg5Gd，fcc)。本专利技术在300℃应用条件下，短时(10分钟以上)极限拉伸强度σb≥180MPa。即可以作为铸造镁合金使用，又可以作为变形镁合金加工。因此能应用于航空航天领域和汽车工业要求高温环境服役条件的结构件，满足航空航天及汽车工业的需要。附图说明图1是本专利技术一种实施例挤压合金GY94KX的极限拉伸强度与温度的关系曲线及现有标准牌号镁合金WE54、WE43、QE22、QE21、ZE41、EZ332的极限拉伸强度与温度的关系曲线比较图。图2是本专利技术另一种实施例轧制合金GY94MX在室温下的拉伸曲线图。图3是图2所示轧制合金GY94MX经T6处理后在室温下的拉伸曲线图。具体实施例方式实施例1本实施例挤压合金GY94KX的化学成份为8.75％重量比的Gd，3.82％重量比的Y，0.64％重量比的Zr，0.2％重量比的Cu，其余为镁和铸造工艺中不可避免的杂质。合金铸锭经500℃固溶6小时，在480℃温度下挤压成直径为Ф15mm的棒，挤压比为16。在挤压态条件下，作各个温度下的拉伸试验，得到极限抗拉强度与温度的关系图，如图1的标记1所示。图1中还反映了现有标准牌号WE54、WE43、QE22、QE21、ZE41、EZ332的极限抗拉强度与温度的关系图，其中WE54、WE43是目前认为开发最成功的稀土镁合金，它们是在铸造或变形加工后，经高温固溶处理，然后再进行人工时效的热处理方法得到的。WE43的化学成份是RE2.4～3.4wt％，Y3.7～4.3wt％，Zn≤0.2wt％，Mn≤0.0.15wt％，Zr0.4～1wt％，Cu≤0.03wt％，Ni≤0.005wt％，MgBal；WE54的化学成份是RE2.0～4.0wt％，Y4.75～5.5wt％，Zn≤0.2wt％，Mn≤0.0.15wt％，Zr0.4～1wt％，Cu≤0.03wt％，Ni≤0.005wt％，MgBal。从图1的比较中可以看出，本专利技术合金GY94KX极限强度-温度曲线在合金WE54、WE43的曲线之上。表明本实施例合金GY94KX的耐热性及高温下的强度均优于WE54、WE43合金。实施例2本专利技术另一实施例轧制合金GY94MX的化学成份为9.44％重量比的Gd，4.32％重量比Y的，0.65％重量比的Mn，0.2％重量比的Sb，其余为镁和铸造工艺中不可避免的杂质。参见图2是本实施例轧制合金GY94MX通过实验得到的拉伸应力-位移曲线图，实验时轧制合金GY94MX经520℃固溶2小时，在500℃炉中加热2小时热轧，每道次压下量为10％，中间经0.5小时退火，总变形量为75％，由2所示可知轧态的极限强度和屈服强度相差不大，延伸率为5.3％。参见图3是上述实验的试样经过520℃固溶10小时后，再进行225℃下72小时时效的T6处理(T6处理是指合金在铸造或变形加工后，经高温固溶处理，然后再进行人工时效的热处理)，极限拉伸拉伸强度约有增加，而延伸率却增大了一倍多。可见这种合金的耐热性是很好的。表1对上述实验中的一些数据进行了实时记录，其中T5表示合金在铸造或变形加工后，再进行人工时效处理。T6表示合金在铸造或变形加工后，经高温固溶处理，然后再进行人工时效的热处理方法。从这些数据中可以看出目前认为开发最成功的稀土镁合金WE54与本专利技术在300℃时拉伸性能有很大区别，在300℃时WE54镁合金的屈服强度只有50MPa，抗拉强度和伸长率也较低。屈服强度过低是WE54镁合金不能满足航空航天及汽车工业要求的主要原因，而本专利技术在300℃时的屈服强度都在100MPa左右，抗拉强度在200MPa左右，伸长率在20％以上，相比之下本专利技术具有更高的高温强度和蠕变抗力，因此完全能满足航空航天及汽车工业的要求。表1挤压合金在室温和300℃时的拉伸性能Table 1Tensile properties of the alloys at room temperature and 300℃ 在本专利技术成分范围内专利技术人还做了一系列的拉伸性能实验，由于图形曲线与图1-图3相差不大，因此没有给出，但在以下的实施例3-实施例8中作了介绍。实施例3本专利技术成份范围合金GY104KX的化学成份为9.84％重量比的Gd，3.12％重量比的Y，0.4％重量比的Zr。铸态室温极限拉伸强度为σb＝275.5MPa，屈服强度为σ0.2＝267.3MPa，伸长率为δ＝3.2％。经500℃固溶处理6小时然后经220℃人工时效处理24小时(T6状态)，室温峰值拉伸强度σb＝330.5MPa，屈服强度为σ0.2＝320.8MPa，伸长率为δ＝4.5％。实施例4本专利技术成份范围合金GY104MX的化学成份为9.87％重量比的Gd，3.52％重量比的Y，0.61％重量比的Mn，0.15％重量比的Ca。铸态室温极限拉伸强度为σb＝265.5MPa，屈服强度为σ0.2＝256.5MPa，伸长率为δ＝3.4％。经500℃固溶处理6小时然后经2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强耐热稀土镁合金，其特征在于：这种稀土镁合金包括２～１０％重量比的钆（Ｇｄ）、３～１２％重量比的钇（Ｙ），其余为镁。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张新明，陈健美，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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