一种可热处理强化的铸造镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可热处理强化的铸造镁合金及其制备方法，属于金属材料的技术领域。本发明专利技术要解决现有可热处理镁合金存在成本高、铸造性能低的技术问题。该镁合金的组分：Y：3.5～5.5％，Nd：2.5～4.5％，Al：0.9～1.8％，余量为Mg，其中,(Y+Nd)质量份数≥7％，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数≥5。本发明专利技术的制备方法包括熔炼和热处理，熔炼步骤为：根据合金组分配方配制原材料后分别烘干，先熔炼纯Mg，随后依次加入Y、Nd和Al，最后浇注成型；热处理步骤为：固溶处理和时效处理。本发明专利技术铸造镁合金的抗拉强度达到280～300MPa，屈服强度达到180～205MPa，延伸率达到5.2～8.5％。

【技术实现步骤摘要】
一种可热处理强化的铸造镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料的
，具体地涉及一种可通过热处理强化的铸造镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金由于具有低的密度、高的比强度和比刚度、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性和良好的机械加工性能等一系列优点，特别适用于制造轻质结构件，在汽车轻量化和航空、航天领域具有广阔的应用前景。传统的AZ系(Mg-Al-Zn)、AM系(Mg-Al-Mn)和ZK系(Mg-Zn-Zr)镁合金较早获得工业应用，该类合金成本低廉，但是强度较低，抗拉强度低于200MPa，特别是当温度高于150℃后，合金强度急剧降低，这限制了其进一步的应用与发展。为提高镁合金的室温和高温强度，添加RE(RareEarth)元素进行合金化被广泛应用，一种方法是RE作为辅加元素添加，如获得工业应用的AE系(Mg-Al-RE)镁合金，该系合金中第二相主要为Al-RE相(如Al11RE3和Al2RE等)，Al-RE相具有较高的高温稳定性，虽然稳定的第二相提高了合金的高温强度，但是由于Al-RE相在固溶温度下也很难发生分解，无法发生合金元素固溶，因此该系合金无法通过热处理来提高力学性能，由于该类合金流动性较差，工业生产中通常采用高压压铸工艺方法制备，但其强度仍较低，屈服强度一般不高于200MPa。另一种方法是RE作为主加元素添加，如获得工业应用的WE系(Mg-Y-Nd-Zr)合金，该系合金可通过热处理强化，经T6处理后屈服强度达到200MPa以上，抗拉强度达到300MPa以上，是工业应用强度最高的镁合金之一，该系合金由于RE含量较高导致成本较高，同时为了获得细小的铸态组织，生产中需添加Mg-Zr中间合金来细化晶粒，Mg-Zr中间合金制备工艺复杂，成本高，这又进一步提高了WE系合金的成本。近年来研究发现Al与RE(RE包括Y、Gd、Ce、Sm和Nd等)反应形成的Al2RE相与α-Mg之间具有较小的界面能，处于完全润湿的状态，可作为α-Mg的异质形核颗粒，细化镁合金组织。专利公开号为CN102534330B的中国专利公开了一种添加Al细化的Mg-Gd-Y合金，各组分质量百分比含量为Gd：8～14％，Y：1～5％，Al：0.6～2％，Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.02％，合金通过添加廉价Al实现了细化铸态组织，其热处理后力学性能高于WE系合金，但该系合金总RE含量较高，成本高，同时高RE含量导致合金铸造性能降低，因此不适于大规模应用推广。综上所述开发低成本可热处理强化的高性能的镁合金是很有意义的。
技术实现思路
本专利技术要解决现有可热处理镁合金存在成本高、铸造性能低的技术问题；而提供了一种可热处理强化的铸造镁合金及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术中以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y：3.5％～5.5％，Nd：2.5％～4.5％，Al：0.9％～1.8％，余量为Mg；其中，(Y+Nd)质量份数≥7％，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数≥5；制备过程中Mg以纯Mg形式加入，Y以Mg-Y中间合金形式加入，Nd以Mg-Nd中间合金形式加入，Al以纯Al形式加入，具体是通过下述步骤完成的：步骤一、将纯Mg、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金和纯Al分别烘干；步骤二、将纯镁锭放入坩埚中，然后覆盖一层RJ2覆盖剂，加热至710～730℃，待镁锭全部熔化后，保持温度不变，依次加入Mg-Y中间合金和Mg-Nd中间合金，待中间合金完全熔化后，加入纯Al，待纯Al完全熔化后，升温至730～750℃，保温15～30min，取出坩埚，去除熔体表面覆盖剂，搅拌至均匀，再在熔体表面均匀覆盖一层RJ2覆盖剂，升温至730～750℃，静置20～30min；步骤三、取出坩埚，去除熔体表面覆盖剂，采用重力铸造方法成型；步骤四、然后分级固溶处理；步骤五、然后保温下时效处理，随炉冷却至室温，即得到可热处理强化的铸造镁合金。进一步地限定，步骤一烘干的温度为180～250℃，烘干时间为2h以上。进一步地限定，步骤三中所述的重力铸造方法采用金属型铸造或砂型铸造，金属型铸造模具预先在180～220℃，预热30min以上，砂型铸造模具预先在80～120℃下烘干2h以上。进一步地限定，步骤四中分级固溶处理是先将步骤三获得的合金铸件加热到500～530℃，保温6～24h，随后随炉升温至530～550℃，保温6～30h，水冷。进一步地限定，步骤五中在200～250℃下保温时效处理2h～30h。本专利技术所提供的铸造镁合金与其它镁合金相比，不添加Mg-Zr贵重中间合金，成本低，原材料易于获得，为一种适用性广泛的合金体系。本专利技术所用设备为普通通用设备，工艺方法简单，易于操作实现，质量可控性强，适合大规模工业生产。采用本专利技术的方法，获得镁合金具有较高的力学性能，室温拉伸性能为：抗拉强度达到280～300MPa，屈服强度达到180～205MPa，延伸率达到5.2～8.5％。附图说明图1为实施例1中合金铸态显微组织照片；图2为实施例1中合金固溶态显微组织照片。具体实施方式下述实施例中所使用的金相显微镜型号为XD30M，X射线衍射仪型号为X′PertPRO，拉伸试验机型号为AGS-J。根据国标GB/T228-2002要求，对下述实施例所得各种镁合金进行室温力学性能测试，拉伸速率为1mm/min。下述实施例中Mg和Al分别以纯镁锭(＞99.95％)、纯铝锭(＞99.90％)的形式加入，Y和Nd分别以Mg-Y和Mg-Nd中间合金形式加入，各中间合金组成质量份数分别为：Mg-30％Y、Mg-30％Nd。实施例1：本实施例中以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y含量为5.5％，Nd含量为2.5％，Al含量为0.9％，余量为Mg；其中，(Y+Nd)质量份数＝8％，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数＝8.9；具体是通过下述步骤完成的：步骤一、将纯Mg、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金和纯Al等原料加热至200℃保温3h，进行烘干；步骤二、将纯镁锭放入坩埚中，然后覆盖一层RJ2覆盖剂(覆盖剂厚度约2mm)，加热至720℃，待镁锭全部熔化后，保持温度不变，依次加入Mg-Y中间合金和Mg-Nd中间合金，待中间合金完全熔化后，加入纯Al，待纯Al完全熔化后，升温至740℃，保温30min，取出坩埚，去除熔体表面覆盖剂，搅拌至均匀，再在熔体表面均匀覆盖一层RJ2覆盖剂(覆盖剂厚度约2mm)，升温至740℃，静置30min；步骤三、取出坩埚，去除熔体表面覆盖剂，平稳的将熔体浇注到预先在200℃下预热30min金属型铸造模具中；步骤四、将步骤三所获得合金在箱式电阻炉中进行分级固溶处理，电阻炉炉温均匀性≤±3℃，合金装炉后，首先随炉升温至520℃，保温12h，随后随炉升温至550℃，保温24h，保温结束后，在小于10s的时间内将合金转移至水中冷却，水温不高于40℃；步骤五、然后置于烘箱中保温下时效处理，烘箱炉温均匀性≤±1℃，合金装炉后随炉升温至225℃保温18h，随炉冷却至室温，即得到可热处理强化的铸造镁合金。本实施例方法得到的Mg-5.5Y-2.5Nd-0.9Al合金室温力学性能为：抗拉强度为298MPa，屈服强度为203MPa，延伸率为5.5％。如图1所示，本实例所制得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可热处理强化的铸造镁合金，其特征在于以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y：3.5％～5.5％，Nd：2.5％～4.5％，Al：0.9％～1.8％，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种可热处理强化的铸造镁合金，其特征在于以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y：3.5％～5.5％，Nd：2.5％～4.5％，Al：0.9％～1.8％，余量为Mg。2.根据权利要求1所述镁合金，其特征在于(Y+Nd)质量份数≥7％，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数≥5。3.根据权利要求2所述镁合金，其特征在于镁合金的抗拉强度达到280～300MPa，屈服强度达到180～205MPa，延伸率达到5.2～8.5％。4.根据权利要求2所述镁合金，其特征在于以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y含量为5.5％，Nd含量为2.5％，Al含量为0.9％，余量为Mg；其中，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数＝8.9。5.根据权利要求2所述镁合金，其特征在于以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y含量为4.5％，Nd含量为3.5％，Al含量为1.5％，余量为Mg；其中，(Y+Nd)质量份数/Al质量分数＝5.3。6.根据权利要求2所述镁合金，其特征在于以质量百分比计，所述镁合金的各组分及含量为：Y含量为4.5％，Nd含量为4.5％，Al含量为1.8％，余量为Mg；其中，(Y+Nd)质量份数/Al质量份数＝5.0。7.如权利要求1-5任一权利要求所述的镁合金的制备方法，其特征在于所述制备过程中Mg以纯Mg形式加入，Y以Mg-Y中间合金形式加入，Nd以Mg-Nd中间合金形式加入，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯义成，王雷，王丽萍，郭二军，付原科，曹国剑，赵思聪，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23