一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金及其制备方法技术

一种Mg

【技术实现步骤摘要】
一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于合金
，具体涉及一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场。
[0003]稀土镁合金泛指含有稀土元素(RE)的镁合金。在镁合金中加入稀土元素—Gd、Y、Zr能够明显细化组织的晶粒大小，提高镁合金的耐腐蚀性能和力学性能。Mg-Gd-Y-Zr体系合金是现有实际应用中性能最为优秀的稀土镁合金，受到航空航天、导弹军工、精密制造等领域的重视。但该体系合金主要依赖析出相阻碍位错运动的Orwan机制强化，合金塑性较低，难以满足精密制造的加工性能要求及航空、轨道交通等领域的使用需求。如中国专利105525176A公开了一种Mg-Gd-Y-Zr合金的制备及其处理工艺，该方法先采用铸锭冶金法制备质量分数为Mg-12Gd-3Y-0.6Zr合金(工业纯镁、30.47％Gd镁钆中间合金、31.72％Y镁钇中间合金和30.16％Zr镁锆中间合金)，然后在730～750℃熔化，采用CO2+SF6混合气体保护，浇注，经530℃均匀化退火24h后即得。该镁合金的屈服强度和抗拉强度均较佳，但是塑性较差。此外，Mg-Gd-Y-Zr体系合金的高稀土含量也导致合金热裂倾向较大，制备难度与成本均较高，进一步限制了该合金的发展应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，通过特定比例的多元稀土组分与Ag、Sc复合变质来减少镁合金的脆性特征，改善微观组织形貌，克服其固有缺陷实现性能上的强韧化协调，在成本与性能上达到最优，进而扩大其在精密铸造成型、大尺寸构件塑性成形等复杂工艺条件下的的应用范围、提高应用的技术水平，促进整个镁合金研究领域和航空航天、轨道交通等相关产业生态的良性发展循环。
[0005]本专利技术的另一个目的是为上述高强韧稀土镁合金提供优化的制备方法，以实现镁合金性能的最优化，包括铸造成型和挤压成型两种工艺方案。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，以质量百分比计，化学组成为：
[0008]Gd：6.5～10wt.％、Y：1.5～2.5wt.％、Nd：1.5～2.5wt.％、Ag：0.2～0.5wt.％、Sc：0.05～0.1wt.％、Zr：0.35～0.55wt.％、Zn：0～0.3wt.％，余量为Mg；
[0009]且Gd、Y、Nd的质量比为(4～4.3):1:1。
[0010]优选的是，Gd：8～10wt.％、Y：2～2.5wt.％、Nd：2～2.5wt.％，Ag：0.2～0.4wt.％、Sc：0.07～0.1wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。
[0011]优选的是，Gd：6.5wt.％、Y：1.5wt.％、Nd：1.5wt.％、Ag：0.5wt.％、Sc：0.05wt.％、
Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。
[0012]优选的是，Gd：8wt.％、Y：2wt.％、Nd：2wt.％、Ag：0.4wt.％、Sc：0.07wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。
[0013]优选的是，Gd：10wt.％、Y：2.5wt.％、Nd：2.5wt.％、Ag：0.2wt.％、Sc：0.1wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。
[0014]本专利技术的Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的铸造成型工艺的制备方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一、以纯Mg、纯Zn、纯Ag、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Sc中间合金为原料，按照Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的各元素的质量百分比配料，熔炼得到合金液，浇铸成型，得到铸件；
[0016]步骤二、将铸件在500～520℃热处理6～12h，然后空冷至室温，得到固溶处理后的铸件；
[0017]步骤三、将固溶处理后的铸件在200～250℃热处理12～48h，然后空冷至室温，得到Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金。
[0018]本专利技术还提供一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的挤压成型工艺的制备方法，包括以下步骤：
[0019]步骤一、以纯Mg、纯Zn、纯Ag、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Sc中间合金为原料，按照Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的各元素的质量百分比配料，熔炼得到合金液，铸造成镁合金铸态坯料；
[0020]步骤二、将镁合金铸态坯料在520～550℃均匀化处理2～4h，并加工成挤压坯料；
[0021]步骤三、将挤压坯料和挤压模具分别在300～400℃时预热2.0～2.5h，以挤压比为8:1～20:1，挤压速度为0.01～1.0m/min，经塑性变形制备成挤压型材；
[0022]步骤四、将挤压型材在150～200℃热处理10～24h，得到Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金。
[0023]优选的是，所述Mg-Gd中间合金中Gd的质量百分比为20～30wt.％，Mg-Y中间合金中Y的质量百分比为20～30wt.％，Mg-Nd中间合金中Nd的质量百分比为20～30wt.％，Mg-Sc中间合金中Sc的质量百分比为1～3wt.％。
[0024]优选的是，所述步骤一为：
[0025]1a)按照Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的各元素的质量百分比，称取纯Mg、纯Zn、纯Ag、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金和Mg-Sc中间合金，分别清洗，烘干，熔炼，并预热至300℃；
[0026]1b)在CO2和SF6混合气体的保护下，先将纯Mg、纯Zn、纯Ag、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金升温到680～750℃至完全熔化，然后将熔体升温至740～750℃，加入Mg-Zr中间合金和Mg-Sc中间合金，完全熔化后，精炼，搅拌5～10min，降温至680～700℃，静置20～40min，刮除熔体表面浮渣，得到合金液。
[0027]更优选的是，所述CO2与SF6的体积比为99.8:0.2。
[0028]本专利技术的原理：在Mg-Gd-Y体系中加入Nd，通过添加多元稀土元素来降低单一稀土元素的固溶度，增加形核效率、并减少影响镁合金塑性的脆性共晶相，是提高该体系镁合金塑性、实现强韧化协调的有效技术手段。在此基础上，进一步通过添加Ag、Sc、微量改性元素
强化析出效率、改善微观组织形貌、提高镁合金工艺适性，因此具有优秀的室温、高温强度与塑性，应用于精密铸造、大尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，其特征在于，以质量百分比计，化学组成为：Gd：6.5～10wt.％、Y：1.5～2.5wt.％、Nd：1.5～2.5wt.％、Ag：0.2～0.5wt.％、Sc：0.05～0.1wt.％、Zr：0.35～0.55wt.％、Zn：0～0.3wt.％，余量为Mg；且Gd、Y、Nd的质量比为(4～4.3):1:1。2.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，其特征在于，Gd：8～10wt.％、Y：2～2.5wt.％、Nd：2～2.5wt.％，Ag：0.2～0.4wt.％、Sc：0.07～0.1wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。3.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，其特征在于，Gd：6.5wt.％、Y：1.5wt.％、Nd：1.5wt.％、Ag：0.5wt.％、Sc：0.05wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。4.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，其特征在于，Gd：8wt.％、Y：2wt.％、Nd：2wt.％、Ag：0.4wt.％、Sc：0.07wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。5.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金，其特征在于，Gd：10wt.％、Y：2.5wt.％、Nd：2.5wt.％、Ag：0.2wt.％、Sc：0.1wt.％、Zr：0.45wt.％、Zn：0.2wt.％，余量为Mg。6.权利要求1～5任何一项所述的Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以纯Mg、纯Zn、纯Ag、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Sc中间合金为原料，按照Mg-Gd-Y-Nd高强韧稀土镁合金的各元素的质量百分比配料，熔炼得到合金液，浇铸成型，得到铸件；步骤二、将铸件在500～520℃热处理6～12h，然后空冷至室温，得到固溶处理后的铸件；步骤三、将固溶处理后的铸件在200～250℃热处理12～48h，然后空冷至室温，得到Mg-Gd-...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱鑫，田政，杨强，孙伟，孟健，
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：