一种含Sc的高强高韧镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。本发明专利技术中的高强高韧镁合金组分为Mg‑Y‑Nd‑Gd‑Sc‑Zr，以含稀土金属间化合物的析出强化为主要强化机制，并通过添加非稀土元素Sc提高了本发明专利技术材料凝固过程中的形核密度，进而显著细化了合金组织。本发明专利技术材料具有优异的室温及高温力学性能，同时具有同类材料中较高的塑性。本发明专利技术还提供了一种含Sc的高强高韧镁合金的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种含Sc的高强高韧镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，尤其涉及一种含Sc的高强高韧镁合金及其制备方法。
技术介绍
在镁合金研究领域，时效析出强化是高强度镁合金发展的重要方向，基于该原理的Mg-Y-Nd-Zr合金体系具有良好的室温及高温强度。但在Mg-Y-Nd-Zr合金中，由于强化相析出对材料韧塑性的破坏，其在基体中的分布密度并不能随意增加，同时也导致合金热裂倾向较大，限制了该合金的进一步发展。因此在保证合金材料高强度、高耐热性能、不降低合金工艺性能的基础上，有必要进一步探讨稀土元素以外的多元合金强化与韧化机制，
技术实现思路
本专利技术提供一种含Sc的高强高韧镁合金及其制备方法，本专利技术中含Sc的高强高韧镁合金具有优异的室温及高温力学性能，同时具有较高的塑性。本专利技术提供一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。本专利技术提供一种含Sc高强高韧镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、Mg-Zr中间合金、Mg-Sc中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤压，得到含Sc的高强高韧镁合金。优选的，所述步骤A)具体为：(1)在CO2和SF6混合气体的保护下，将纯Mg、Mg-Zr中间合金、Mg-Sc中间合金和Mg-RE中间合金按比例进行配料，进行烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～2h；所述CO2与SF6的体积比为99.5：0.5；(2)将烘干好的纯Mg和Mg-RE中间合金放入坩埚中随炉升温，直至完全熔化，温度控制在680～780℃；(3)将熔体升温至700～740℃，将烘干好的Mg-Zr中间合金和Mg-Sc中间合金加入到熔体中，完全熔化后搅拌5～10分钟；(4)将熔体降温至680～700℃，静置20～40分钟；(5)刮除熔体表面浮渣，进行浇铸成型。优选的，所述步骤B)中的热处理依次包括固溶处理和时效处理。优选的，所述固溶处理的温度为500～550℃；所述固溶处理的时间为6～24小时。优选的，所述时效处理的温度为200～250℃；所述时效处理的时间为12～72小时。优选的，所述挤压包括以下步骤：将铸件依次进行均匀化、预热、挤压和时效处理，得到含Sc的高强高韧镁合金。优选的，所述均匀化的温度为500～550℃；所述均匀化的时间为4～10小时。优选的，所述预热的温度为300～400℃；所述预热的时间为2～2.5小时；所述挤压比为(8～20)：1；所述挤压的速度为0.01～1.0m/min。优选的，所述时效处理的温度为200～250℃；所述时效处理的时间为10～72小时。本专利技术提供了一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。本专利技术的一种含Sc的Mg-Y-Nd-Gd-Zr高强高韧镁合金组分为Mg-Y-Nd-Gd-Sc-Zr，以含稀土金属间化合物的析出强化为主要强化机制，并通过添加非稀土元素Sc提高了本专利技术材料凝固过程中的形核密度，进而显著细化了合金组织。本专利技术材料具有优异的室温及高温力学性能，同时具有同类材料中较高的塑性，有益效果如下：1、本专利技术材料的室温力学性能得到明显提高：铸造后热处理态材料抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：280～310MPa、190～210MPa、5～8％，挤压后热处理态材料抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：340～380MPa、250～270MPa、10～14％。在不增加稀土总量的前提下，塑性指标有不同程度提高，且保留了较好的强度性能，易于实现工程化应用。2、本专利技术材料的保持了较好的高温力学性能：铸造后热处理态材料在250℃时抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：250～290MPa、150～170MPa、12～16％，挤压后热处理态材料在250℃时抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：300～320MPa、200～220MPa、14～16％，能够满足当前航空航天、导弹军工、轨道交通等领域对轻质结构材料在高温坏境下力学性能的需求。3、本专利技术材料以含稀土金属间化合物的析出强化为主要强化机制，并通过添加非稀土元素Sc，获得特有的弥散分布特性及合金化效果，降低了主析出元素的固溶度，并显著提高了合金的形核密度，进而优化了合金组织形貌，在显著细化组织改善性能的前提下，对原合金体系的性能影响大大减小。该合金中稀土含量不高于10wt％，元素Sc极低，有效控制了材料成本，生产过程简单易行，工艺性能稳定、良好。由于具有同类材料中优秀的塑性，使本专利技术合金加工性能有了明显提高，应用范围大大扩展，在航天及其他高技术产业有着良好的应用前景。4、本专利技术材料可以采用铸造成型及挤压成型工艺，能够适应不同场合的制备要求，有利于产业化应用简化合金种类，减低技术难度与生产成本。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1中镁合金的金相图；图2为本专利技术实施例5中镁合金的金相图。具体实施方式本专利技术提供了一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。在本专利技术中，所述含Sc的高强高韧镁合金可以是以下配方：Y：4.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：1.5wt％，Sc：0.05wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：6.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：1.5wt％，Sc：0.1wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：4.5wt％，Nd：4.0wt％，Gd：1.5wt％，Sc：0.3wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：4.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：4.0wt％，Sc：0.5wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg。本专利技术还提供了一种含Sc高强高韧镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、Mg-Zr中间合金、Mg-Sc中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种含Sc的高强高韧镁合金，包括以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。2.一种含Sc高强高韧镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、Mg-Zr中间合金、Mg-Sc中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Sc：0.05～0.5wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤压，得到含Sc的高强高韧镁合金。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：(1)在CO2和SF6混合气体的保护下，将纯Mg、Mg-Zr中间合金、Mg-Sc中间合金和Mg-RE中间合金按比例进行配料，进行烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～2h；所述CO2与SF6的体积比为99.5：0.5；(2)将烘干好的纯Mg和Mg-RE中间合金放入坩埚中随炉升温，直至完全熔化，温度控制在680～780℃；(3)将熔体升温至7...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，田政，管凯，杨强，张德平，孙伟，
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