一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法，是针对铸造镁合金强度低的情况，在熔炼过程中添加镁、钆、钕、锆、钪，熔炼是在真空熔炼炉中进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；并在熔炼后对铸态镁钆合金锭进行了均匀化处理与时效处理，以增强铸造镁合金的力学性能。制备的高强韧镁钆合金锭抗拉强度达337MPa，屈服强度达212MPa，延伸率达6.5％，并且在200和250℃下仍然保有275MPa和247MPa的抗拉强度，产物纯度达99.5％，此制备方法工艺先进,数据精确翔实，是先进的制备高强韧镁钆合金锭的方法。是先进的制备高强韧镁钆合金锭的方法。是先进的制备高强韧镁钆合金锭的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法，属于有色金属材料制备


技术介绍

[0002]镁合金是可应用的最轻的金属结构材料，它的抗拉强度与一般铝合金相当，而比强度却明显高于铝合金和钢，更远远高于工程塑料。镁合金的弹性模量较低，即在同等受力条件下，可消耗更大的变形功，因此镁合金减震性好，能够承受较大的冲击振动负荷。除此之外，镁合金还具有良好的机械加工性能、尺寸稳定性和电磁屏蔽性能，使其特别适合应用于汽车、计算机、通讯、仪器仪表、家电轻工、军事等领域。镁铝、镁锌等一系列的镁合金被开发出来应用到各个领域，但是其绝对强度较低，韧性不足以及较低的耐高温性能制约了其进一步推广和应用。人们发现在镁合金中添加钆、铈、钇等稀土元素等可以提高合金高温强度及抗高温蠕变性能和改善铸造性能，国内外从20世纪70年代就开始了添加稀土元素强化镁合金的研究和应用；但是高含量的镁稀土合金带来高性能的同时，也会大大的提高镁合金的密度和成本。为了提高镁合金应用的广泛性，如何能够尽可能地减少稀土元素的添加，并且最大限度的提高镁合金的强韧性和耐热性能，成为镁合金研究中的热点。
[0003]在提高镁合金强度的方法中，合金化是一种简单有效的强化方式，其强化效果在很大程度上决定于加入的合金元素。对镁或镁合金而言，稀土元素是十分有效的强化元素。在加入稀土元素形成的镁稀土系合金中，镁钆系合金因为铸造性能优异，室温与高温下表现出较好的力学性能而受到广泛研究。钆在镁中的最大固溶度为23.5wt.％，并且固溶度随温度的降低而迅速下降，到200℃可下降到3.82wt.％，是一种时效强化效果非常显著的合金化元素，具有固溶强化和时效强化的双重作用。在时效过程中，以沿柱面析出的β'相为代表的第二相被认为是提高镁钆系合金强度的关键；相关研究显示镁钆二元合金中钆元素的添加量至少要达到10％才能产生显著的时效强化效果。但是单纯的添加钆不但会使合金成本提高而且会使得合金密度比较高，室温塑韧性极低，因此添加价格和密度更低的元素以减少钆在镁合金中的用量，开发出一种塑韧性较好的镁合金尤为重要，钪是所有稀土合金中唯一一个与镁发生包晶反应的元素，它添加到镁合金中能够提高合金的熔点；钪的熔点为1541℃，比其他所有稀土的熔点要高，因此钪在镁中具有较低的扩散速率；钪的密度其它稀土元素更低，且与其他元素形成的化合物热稳定性较高，能够进一步提高合金的耐热性能。

技术实现思路

[0004]鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的在于改进传统镁钆合金的塑韧性的不足，提供一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法，通过采取合理的合金配比及熔炼和热处理方法，即通过微量的钪和锆元素复合添加能够显著抑制合金晶粒在较高温度下的长大，并且通过520℃均匀化6h,从而达到对于镁钆钕稀土镁合金的消除成分偏析，
消除内应力，特别是可以有效地促进镁钆钕钪锆合金中的强化相钆钪相在基体和晶粒中的生长，从而达到提高综合力学性能和为进一步成型加工做出准备的目标，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]技术方案
[0006]本专利技术使用的化学物质材料为：镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金、镁锆中间合金、镁钪中间合金、水玻璃、氧化镁、无水乙醇、去离子水、氩气，各化学物质材料用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
[0007]镁：Mg，纯度99.99％，固态块体，1290g
±
1g；
[0008]镁钆中间合金：Mg
70
Gd
30
，固态块体，165g
±
1g；
[0009]镁钕中间合金：Mg
75
Nd
25
，固态块体，30g
±
1g；
[0010]镁锆中间合金：Mg
75
Zr
25
，固态块体，7.5g
±
1g；
[0011]镁钪中间合金：Mg
90
Sc
10
，固态块体，7.5g
±
1g；
[0012]水玻璃：NaSiO3·
9H2O，液态液体，10mL
±
1mL；
[0013]氧化镁：MgO，固态粉体，50g
±
1g；
[0014]无水乙醇：C2H5OH，液态液体，1000mL
±
50mL；
[0015]去离子水：H2O，液态液体，500mL
±
1mL；
[0016]氩气：Ar，气态气体，800000cm3±
100cm3；
[0017]制备方法如下：
[0018]S1：预处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金、镁锆中间合金、镁钪中间合金
[0019]S1.1：切块：将镁块、镁钆中间合金块、镁钕中间合金块、镁锆中间合金块、镁钪中间合金块置于钢制平板上，用机械切成小块，小块尺寸≤10mm
×
10mm
×
10mm；
[0020]S1.2：用砂纸打磨小块表面，打磨后用无水乙醇清洗小块；
[0021]S1.3：清洗后将小块置于真空干燥箱中预热干燥，预热干燥的温度为100℃、真空度为2Pa、时间为40min；
[0022]S2：配制涂覆剂
[0023]称取氧化镁50g
±
1g，量取水玻璃10mL
±
1mL、去离子水500mL
±
1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min；搅拌后成乳白色悬浮状液体，即为涂覆剂；
[0024]S3：制备铸态镁钆合金锭
[0025]镁钆合金锭的熔炼是在真空熔炼炉中进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；
[0026]S3.1：预处理开合式模具
[0027]所述开合式模具是用不锈钢材料制作的，其型腔呈矩形，型腔表面的粗糙度为Ra0.08um
‑
0.16um；
[0028]首先用无水乙醇清洗开合式模具的型腔，使之洁净；接着用步骤S2配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具的型腔内表面，涂覆厚度为0.5mm；然后将开合式模具置于干燥箱中预热，预热温度为150℃，备用；
[0029]S3.2：打开真空熔炼炉，清理熔炼坩埚内部，并用无水乙醇进行清洗，使熔炼坩埚内部洁净；
[0030]S3.3：称取预处理后的镁块1290g
±
1g、预处理后的镁钆中间合金块165g
±
1g、预
处理后的镁钕中间合金块30g
±
1g、预处理后的镁锆中间合金块7.5g
±
1g、预处理后的镁钪中间合金块7.5g
±
1g，置于熔炼坩埚底部；
[0031]S3.4：抽真空、中频感应加热：首先关闭真空熔炼炉，并将其密闭；接着利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧含钪耐热镁钆合金锭的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金、镁锆中间合金、镁钪中间合金、水玻璃、氧化镁、无水乙醇、去离子水、氩气，各化学物质材料用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位镁：Mg，纯度99.99％，固态块体，1290g
±
1g；镁钆中间合金：Mg
70
Gd
30
，固态块体，165g
±
1g；镁钕中间合金：Mg
75
Nd
25
，固态块体，30g
±
1g；镁锆中间合金：Mg
75
Zr
25
，固态块体，7.5g
±
1g；镁钪中间合金：Mg
90
Sc
10
，固态块体，7.5g
±
1g；水玻璃：NaSiO3·
9H2O，液态液体，10mL
±
1mL；氧化镁：MgO，固态粉体，50g
±
1g；无水乙醇：C2H5OH，液态液体，1000mL
±
50mL；去离子水：H2O，液态液体，500mL
±
1mL；氩气：Ar，气态气体，800000cm3±
100cm3；制备方法如下：S1：预处理镁、镁钆中间合金、镁钕中间合金、镁锆中间合金、镁钪中间合金S1.1：切块：将镁块、镁钆中间合金块、镁钕中间合金块、镁锆中间合金块、镁钪中间合金块置于钢制平板上，用机械切成小块，小块尺寸≤10mm
×
10mm
×
10mm；S1.2：用砂纸打磨小块表面，打磨后用无水乙醇清洗小块；S1.3：清洗后将小块置于真空干燥箱中预热干燥，预热干燥的温度为100℃、真空度为2Pa、时间为40min；S2：配制涂覆剂称取氧化镁50g
±
1g，量取水玻璃10mL
±
1mL、去离子水500mL
±
1mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min；搅拌后成乳白色悬浮状液体，即为涂覆剂；S3：制备铸态镁钆合金锭镁钆合金锭的熔炼是在真空熔炼炉(1)中进行的，是在抽真空、中频感应加热、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；S3.1：预处理开合式模具所述开合式模具是用不锈钢材料制作的，其型腔呈矩形，型腔表面的粗糙度为Ra0.08um
‑
0.16um；首先用无水乙醇清洗开合式模具的型腔，使之洁净；接着用步骤S2配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具的型腔内表面，涂覆厚度为0.5mm；然后将开合式模具置于干燥箱中预热，预热温度为150℃，备用；S3.2：打开真空熔炼炉(1)，清理熔炼坩埚(7)内部，并用无水乙醇进行清洗，使熔炼坩埚(7)内部洁净；S3.3：称取预处理后的镁块1290g
±
1g、预处理后的镁钆中间合金块165g
±
1g、预处理后的镁钕中间合金块30g
±
1g、预处理后的镁锆中间合金块7.5g
±
1g、预处理后的镁钪中间合金块7.5g
±
1g，置于熔炼坩埚(7)底部；S3.4：抽真空、中频感应加热：首先关闭真空熔炼炉(1)，并将其密闭；接着利用真空泵(13)抽取真空熔炼炉(1)的炉内空气，使得炉内压强达到2Pa；然后开启中频感应加热器
(8)，设定加热温度为750℃
±
1℃，开始加热；S3.5：氩气底吹：在熔炼坩埚(7)底部通入氩气底吹管(12)，向熔炼坩埚(7)内输入氩气，氩气底吹速度为200cm3/min，同时通过出气阀(5)调控，使真空熔炼炉(1)的炉内压强恒定为1个大气压；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁若鹏，姚珂宇，赵宇宏，侯华，焦凯，李曼婷，闫希，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：