含Ａｇ铸造镁合金及其制备方法技术

一种含Ａｇ铸造镁合金及其制备方法，合金包含的各成分及重量百分比为：Ｇｄ　１０－１８％，Ｙ　０－３％，Ａｇ　１－３％，Ｚｒ　０．３－０．７％，余量为Ｍｇ和不可避免的杂质。该合金制备包括熔炼工艺和热处理工艺两个部分。本发明专利技术以Ｇｄ作为主要合金元素，通过在合金中添加少量的Ａｇ，有效提高了稀土合金的固溶与时效强化效果，同时，通过添加少量的Ｚｒ，抑制了合金在铸造以及而后固溶过程中的晶粒的长大，显著的细化了晶粒。通过上述两种元素的添加，提高了合金的力学性能。为降低合金成本，在不影响合金性能的前提下，通过添加重量百分比不超过３％Ｙ元素来代替部分的Ｇｄ元素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种含Ag铸造 镁合金及其制备方法。技术背景轻量化在航空航天、军工、赛车和高档汽车等高科技领域有着比普通汽车有 着更为强烈的需求，特别是对于飞行器，因零部件减重带来的巨大经济效益远胜 于普通汽车行业(比如，汽车、民用飞机，战斗机、航天器重量重量每降低0. 45kg， 分别可以节约$3、 $300、 $3000和$30000)。镁合金，由于自身优异的比强度、 良好的导热性、抗紫外线辐射等性能，对于航天航空、军工、赛车和高档汽车等 领域极具吸引力。然而，现有镁合金由于强度、使用温度低等等缺点，严重影响 了镁合金在这些领域中的推广应用。目前，镁合金已经发展了 Mg-Al、 Mg-Mn、 Mg-Zn、 Mg-RE等多种系列，其中 Mg-RE系列镁合金由于其突出的性能，对于上述领域极具吸引力。例如目前汽车 动力系统中应用的AE42，航空发动机中应用的EK41、 QE22，汽车、导弹上应用 的WE43、 WE54等等；目前研究的热点有Mg-Gd系、Mg-Dy系和Mg-Tb系等高性 能重稀土镁合金。其中Mg-Gd系合金因为其具有出众的时效硬化特性和高达250 'C的耐热温度，成为最具潜力的合金之一。Gd元素和Mg的原子尺寸接近，在镁中的极限固溶度达到了 23. 5% (Wt. %)。 通过加入Gd元素可实现固溶强化，时效强化。在提高力学性能的同时，熔炼中 加入Gd元素还能除气、除杂、提高铸造流动性。除此以外，Gd的加入，还能提 高镁合金的耐腐蚀性，耐磨性等性能。为进一步提高Mg-Gd系合金的力学性能，则需要在Mg-Gd的基础上引入第三 甚至第四种元素、优化合金成分和改进熔炼工艺。在镁合金中添加Ag元素，在 提高合金固溶强化效果的同时，能提高合金的时效强化效果；而Zr元素的加入 能细化晶粒，从而改善合金的力学性能。经对现有技术的文献检索发现，X.Gao等在《ScriptaMaterialia》(材料 研究快报)2008年58期第619-622页上发表的"Enhanced precipitation-hardening in Mg-Gd alloys containing Ag and Zn，， (Ag禾口 Zn兀素对Mg-Gd 合金沉淀强化效果的促进)，该文在重量百分比Mg-6Gd-0.6Zr合金的基础上，通 过添加Ag元素，制备了 Mg-6Gd-2Ag-0. 6Zr镁合金，其研究发现Ag元素的加入 能提高该合金的时效峰值硬度。但文中所述合金的稀土的重量百分比只有6%， 未能充分发挥Gd元素的强化效果，并且该文中也未详细说明所述合金的力学性 能。从以上分析可以看出，在Mg-Gd 二元合金的基础上，添加Ag和Zr元素，通 过调整合金成分和制备工艺，可获得性能更为优异的合金。这对于镁合金的发展 和应用具有重要意义。Y元素虽然在提高合金强度和耐热性方面，作用不如Gd元素，但Y元素替 代Gd元素能降低合金的成本。在不影响合金性能的前提下，调整Mg-Gd-Ag-Zr 合金中的Gd含量，通过添加重量百分比不超过3%Y元素来代替部分的Gd元素， 可以获得价格相对便宜，但性能优异的镁合金。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含Ag铸造镁合金及其制 备方法，在Mg—Gd镁合金中添加纯银和Mg-Zr中间合金，Ag的添加增强了稀土 合金的固溶和时效强化效果，有效提高了合金的力学性能；Zr的添加有效抑制 了合金在铸造以及而后固溶过程中的晶粒的长大，显著的细化了晶粒，改善了合 金的力学性能。通过调整Gd元素含量，利用Y元素替代部分Gd元素，从而降低 了合金的成本。由于这种铸造镁合金的力学性能出众，可以作为高强度结构件， 在汽车工业、航空航天、军工中广泛应用成为了可能。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的含Ag铸造镁合金，包含的组分及其重量百分含量为Gd 10 %-18%， Y 0-3%, Ag 1%-3%， Zr 0. 3%-0. 7%，余量为Mg和不可避免的杂质。所述不可避免的杂质，其包含的杂质元素及重量百分含量为Fe〈0.005%， Cu〈0.015%， Ni<0. 002%。本专利技术以Mg、 Gd作为基本成分，加入Ag，固溶于镁基体中，提高了Gd元 素固溶和时效强化的效果，加入Zr是为了细化合金晶粒，进一步改善合金的力5学性能；通过将少量的Gd元素替换成Y元素(重量比不超过3%)，从而降低合 金的成本。本专利技术形成的合金，粒尺寸明显细化，合金的强度相对于WE系列合 金以及QE22合金明显提高。本专利技术所涉及的含Ag铸造镁合金的制备方法，包括熔炼工艺和热处理工艺 两个部分所述熔炼工艺，具体为按照采用的成分计算原料需要的重量百分比，原料 为镁锭，纯银，Mg-Gd(Y)中间合金，Mg-Zr中间合金。将以上原料在烘箱中充 分干燥，然后将工业纯镁在SF6和Ar混合气体的保护下加热，待镁完全熔化后， 在75(TC分批加入Mg—Gd(Y)中间合金，在80(TC加入Mg-Zr中间合金，过2-3 分钟后，分次加入纯银。然后保持温度在78(TC以上。之后，不断电精炼6-10 分钟，精炼过程需充分搅拌。精炼结束后，在76(TC-78(TC静置，撇去浮渣，在 700。C-72(TC用浇包浇铸，或低压铸造。所述热处理工艺，包括固溶处理和时效处理，具体为将熔炼得到的合金经 480-500°C， 6-24小时的固溶处理后，在200-225。C的温度下进行2_50小时的时 效处理。所述在烘箱中干燥，其温度为180'C。所述分次加入纯银的方式为不断电搅拌中加入，搅拌时间为5分钟。 所述保持温度在78(TC以上，其保持时间为10分钟。 所述在76(TC-780。C静置，其时间为30分钟。 所述镁锭，其中镁含量的质量分数大于99.9%。所述Mg-Gd(Y)中间合金，其成分的重量百分比为Mg75。/。， Gd(Y)25%。所述Mg-Zr中间合金，其成分的重量百分比为Mg70%， Zr30%。所述SR和Ar混合气体，其中SF6的体积分数为0. 2%。与现有普通铸造镁合金相比，本专利技术工艺简单，通过在Mg-Gd(或者Mg-Gd-Y) 合金中加入少量的Ag元素和Zr元素，细化了合金晶粒，并大幅提高了合金的力 学性能。以Mg-18Gd-1.8Ag-0.3Zr (重量百分比)合金为例，经过热处理后，抗 拉强度为413MPa，远高于QE22合金260MPa以及WE54合金280MPa的室温抗拉 强度。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限 于下述的实施例。实例1:合金成分(重量百分比)为18%Gd、 1. 8%Ag、 0. 3%Zr，杂质元素小于0. 02%， 其余为Mg。合金的熔炼工艺为按照上述成分配置合金，并在18(TC的烘箱中将 原料充分干燥，然后在电阻坩锅炉中加入工业纯镁4.4公斤，含有体积分数为 0.2。/。SFe的Ar、 SF6混合气体保护下加热熔炼，待镁完全熔化后，在75(TC分批加 入Mg—Gd中间合金总计24公斤，在800。C加入Mg-Zr中间合金l公斤，过2-3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Ａｇ铸造镁合金，其特征在于：包含的组分及其重量百分含量为：Ｇｄ１０％－１８％，Ｙ０－３％，Ａｇ１％－３％，Ｚｒ０．３％－０．７％，余量为Ｍｇ和杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王渠东，赵政，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]