一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金及其制备方法，属于合金技术领域，该镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：6.0～7.0％Al，0.5～1.5％Zn，1.0～2.0％Sm，0.2～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。在合金中均匀分布的多种第二相和均匀细小的显微组织、较弱的基面织构，使合金具有高强度和高塑性。本发明专利技术还公开一种高强耐热稀土镁合金材料的制备方法，使制备的镁合金组织中均匀分布有纳米、微米级第二相和相对较细的晶粒尺寸，显著改善了镁合金的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法
本专利技术属于合金
，具体涉及一种含稀土钐的高温高强度镁稀土合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金被称为“21世纪绿色金属材料”，是继钢铁、铝合金之后的第三大金属结构材料，已经在航空航天、汽车工业、3C系列产品中广泛应用。根据成形工艺的不同，镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。与铸造镁合金相比，挤压变形的镁合金具有更为细小的晶粒，更好的力学性能。因此，镁合金的挤压变形工艺也是当前研究的热点。镁合金是世界上最轻的金属结构材料，在汽车领域有着重要的发展潜力，尤其是稀土镁合金在汽车曲轴箱、轮毂的应用是近期研究热点，如WE43、WE54等都有一定的研究进展，但镁合金凝固时显微组织偏析严重，铸造性能差，在实际应用中受到极大的限制。研究者在对高性能镁合金的探索和开发中，往往通过时效析出强化使镁合金的性能达到应用标准。镁稀土合金固溶体有较多亚稳的溶解度间隙，具有典型的时效强化特征。大量研究表明，镁稀土合金时效析出序列均为：α-Mg过饱和固溶体(S.S.S.S)→β″(D019，a＝2×aMg＝0.64nm，c＝cMg＝0.52nm，板状与基体共格，薄板状，{2110}α惯习面)→β′(CBCO，a＝2×aMg＝0.64nm，b＝2.2nm，c＝cMg＝0.52nm，椭球状与基体半共格，薄板状，{2110}α惯习面)亚稳相→β1(FCC，a＝0.74nm，板条状，{0110}α惯习面，与MgRE同构)→β(FCC，a＝2.22nm，板条状，{0110}α惯习面，与MgRE同构)平衡相。在镁合金中加入稀土元素Sm，时效过程中析出的Al2Sm相硬度和熔点都很高，热稳定性好，能有效提高合金的强度和抗蠕变性能。Sb能够改善合金铸造性能，同时细化铸态合金组织及合金沉淀相，形成六方结构的Mg3Sb2相颗粒，可起到弥散强化作用。镁稀土合金中通常加入Sb，因Sb是一种有效的晶粒细化剂，主要分布在晶界上，起牵引、钉扎晶界作用，阻碍位错移动和晶粒长大，从而提高镁合金强度。这些方法存在以下几个方面的不足：1、合金化方法虽然通过沉淀强化可以进一步提高镁合金的强度，但是这种提高强度的方法是以牺牲镁合金塑性为代价的；2、添加适量稀土元素的合金化方法虽然能够明显提高镁合金的强度，但是由于稀土是一种较昂贵的资源，导致用该种方法生产的镁合金成本极高且对稀土资源造成大量的消耗；3、大塑性变形的方法虽然可以得到细化的晶粒组织，使镁合金的塑性和强度同时提高，但是生产设备复杂而昂贵，生产周期长。这样的加工方法不利于在实际工程中的运用。所以如果想要镁合金能够成为钢材料的替代品，那么在强度和延展性上还需要进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金；目的之二在于提供一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金的制备方法。本专利技术的镁合金合金元素种类少，成本低，环境温度超过200℃后强度稳定。该制备方法简单易操作。为了实现以上目的之一，本专利技术所采用的技术方案是：一种耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：6.0～7.0％Al，0.5～1.5％Zn，1.0～2.0％Sm，0.2～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。优选的，所述的耐热镁合金由以下质量百分比的组分组成：6.5％Al，1.5％Zn，2.0％Sm，0.4％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。上述耐热镁合金，所述杂质的质量含量低于0.1％。上述耐热镁合金，以纯镁、纯铝、纯锌、纯锑与中间合金Mg-10Sm为原料熔炼铸造并经热处理制备而成。为了实现以上目的之二，本专利技术所采用的技术方案是：一种上述的耐热镁合金的制备方法，包括下列步骤：(1)按比例称取并将纯镁、纯铝、纯锌、纯锑与中间合金Mg-10Sm预热；(2)将预热后的纯镁、纯铝、纯锌、纯锑熔化，加热至700～720℃时加入中间合金Mg-10Sm，保温至合金全部熔化；然后升温至710～740℃进行精炼，去除表面浮渣后，降温至700～720℃静置保温，得合金液；(3)将步骤(2)所得合金液进行半连续铸造后，得铸态合金；(4)对步骤(3)所得铸态合金进行均匀化热处理，并在热挤压后进行固溶、时效，即得所述耐热镁合金。上述耐热镁合金的制备方法，步骤(1)中，所述预热的温度为180～200℃，预热时间为1～2h。上述耐热镁合金的制备方法，步骤(2)中，在700～720℃保温20～30min。上述耐热镁合金的制备方法，步骤(4)中，所述热处理是对铸态合金进行均匀化热处理。上述耐热镁合金的制备方法，所述均匀化热处理的温度为460～480℃，处理时间为18～24h，然后水雾冷却至室温。上述耐热镁合金的制备方法，所述热挤压温度为320～350℃，挤压速率为1.5～2.5m/min。上述耐热镁合金的制备方法，所述固溶热处理温度为515～525℃，保温1～3h，并迅速水冷淬火至室温。上述耐热镁合金的制备方法，所述时效处理的温度为处理温度为205～225℃，处理时间为16～24h，然后空冷至室温。经分析检测，本专利技术耐热稀土镁合金产品的合金组分为Mg-Al-Zn-Sm-Sb，所述耐热稀土镁合金金相组织主要由α-Mg基体和共晶(α-Mg+β-Mg17Al12+β-Mg3Al2Zn3+β-Al2Sm+β-SmSb)组成；合金的平均晶粒尺寸为50～70μm。本专利技术合金的拉伸强度较好并且极其稳定，室温抗拉强度＞250MPa，200℃的抗拉强度＞190MPa，250℃的抗拉强度＞180MPa，300℃的抗拉强度＞150MPa。本专利技术的原理为：铝锌镁系合金是目前工业上应用广泛的镁合金，该系列合金具有较好的的室温力学性能、铸造性及机加工性能。本专利技术的耐热镁合金，Al、Zn元素为该合金的重要组分，是镁合金重要的合金元素，在铝中有较大的固溶度，其强化作用表面在两方面，一是通过形成β-Mg17A1l2和β-Mg3Al2Zn3金属间化合物的第二相强化，二是通过Al、Zn原子在铝基体中形成固溶体的固溶强化。铝锌镁系合金中的β-Mg17A1l2和β-Mg3Al2Zn3相热稳定性较差，高温下易于软化，使得该合金的高温性能较差。本专利技术的耐热镁合金中，Sm作为重要的稀土添加元素，Sm在镁合金中的固溶度较大，具有较好的析出强化效果，同样在镁合金中能够形成高熔点的金属间化合物，为保证合金得到良好的时效析出强化和固溶强化效果，加入量不低于0.5％，同时为了避免合金密度增加太多，以及合金过分脆化，Sm的加入量不高于2.5％，因此合金中的添加量定为1.0～2.0％，最优重量百分比为2.0％。Sb作为镁合金重要的合金元素，在共晶温度550℃时的固溶度为23.21％，而在150℃时的固溶度仅仅为0.11％，因此在镁合金中具有较好的固溶强化和析出强化效果，且Sb在镁合金中能够形成高熔点的β-Mg3Sb金属间化合物，具有弥散强化效果，因此合金中Sb的添加量定为0.2～0.5％，最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强耐热稀土镁合金材料，其特征在于，由以下质量百分含量的组分组成：6.0～7.0％Al，0.5～1.5％Zn，1.0～2.0％Sm，0.2～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强耐热稀土镁合金材料，其特征在于，由以下质量百分含量的组分组成：6.0～7.0％Al，0.5～1.5％Zn，1.0～2.0％Sm，0.2～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。


2.如权利要求1所述的高强耐热稀土镁合金材料，其特征在于，所述稀土元素钐的质量分数为1.0～2.0％。


3.根据权利要求1所述高强耐热稀土镁合金材料的制备方法，其特征在于，经分析检测，本发明耐热稀土镁合金产品的合金组分为Mg-Al-Zn-Sm-Sb，所述耐热稀土镁合金金相组织主要由α-Mg基体和共晶(α-Mg+β-Mg17Al12+β-Mg3Al2Zn3+β-Al2Sm+β-SmSb)组成；合金的平均晶粒尺寸为50～70μm。


4.一种高强耐热稀土镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将预热的镁锭升温至720～750℃完全融化；并加入预热的纯铝、纯锌、纯锑和镁钐中间合金得到镁合金熔融液；精炼温度控制在710～740℃，静置保温20～30min后浇铸，并冷却得到镁合金圆铸锭；
步骤(2)：将所述镁合金铸锭在460～480℃下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪婷，马旭，朱晓君，
申请(专利权)人：烟台南山学院，
类型：发明
国别省市：山东;37