一种高强韧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高强韧铸造镁合金及其制备方法。所述高强韧铸造镁合金，按质量百分比计，包括如下成分：Gd：9.5~11.0wt.%；Y：0.5~1.6 wt.%；Zn：0.8~1.2wt.%；Zr：0.20~0.50 wt.%；不可避免的杂质小于0.06 wt.%，其余为Mg。制备方法包括S1、合金熔炼及铸造；S2、固溶处理和S3、时效处理。本发明专利技术制备的镁合金同时具有优异室温力学性能和高温力学性能，其室温抗拉强度可达340~370MPa，屈服强度可达250~290MPa，延伸率≥2.5%；其250℃高温抗拉强度可达285~300MPa，屈服强度可达165~235 MPa，延伸率可达7~15%；其300℃高温抗拉强度可达230~280MPa，屈服强度可达180~215MPa，延伸率可达13~25%。13~25%。13~25%。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧铸造镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镁合金
，具体涉及一种高强韧铸造镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是目前实际应用中最为轻质的工程结构材料，具有较高的比强度和比刚度，韧性、电磁屏蔽能力、抗震减震性、阻尼性能、散热性能、切削加工及压铸性能都较好，且镁合金资源丰富，具有可再生、绿色环保的特点，被誉为“21世纪的绿色工程结构材料”。航空航天领域对于结构轻量化有着更为迫切的需求，减重相同质量带来的经济效益更高，且轻量化带来的机动性能改善可极大提高战斗机的战斗力和生存能力。然而，由于镁合金的绝对强度较低，高温力学性能较低，塑性变形能力较差，大大的限制了镁合金在结构材料上的广泛应用，因此有必要开发高强铸造高温镁合金以扩大镁合金的实际应用。
[0003]近些年，为了发展高强度镁合金，开发了以Mg
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Gd、Mg
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Y、Mg
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Nd为代表的具有优良的室温和高温力学性的高性能稀土镁合金。比如，上海交通大学研制的VW103Z铸造镁合金在T6态抗拉强度为328MPa、屈服强度为248MPa、延伸率为1.1％。中南大学研制的Mg
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Y
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Nd
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Zn
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Zr系合金，其常温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为330MPa、265MPa、6.5％。这些合金虽然拥有良好的室温力学性能，但其高温力学性能研究较少，并且高温下很难达到300MPa。而航空航天镁合金应用环境较苛刻，不仅需要良好的室温力学性能，更需要优异的高温力学性能。
[0004]因此，急需开发同时具有优异室温力学性能和高温力学性能的高强韧镁合金，以扩大镁合金在航空航天工业中的应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于解决现有的镁合金在高温时力学性能较差，无法满足航空航空工业的需求的问题，提供一种高强韧铸造镁合金及其制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高强韧铸造镁合金，按质量百分比计，包括如下成分：Gd：9.5～11.0wt.％；Y：0.5～1.6wt.％；Zn：0.8～1.2wt.％；Zr：0.20～0.50wt.％；不可避免的杂质小于0.06wt.％，其余为Mg。
[0008]进一步，按质量百分比计，还包括Sr：0.05～0.15wt.％，且Zr与Sr的质量百分比之和为0.2～0.65wt.％。添加少量Sr元素一方面增加了合金的过冷度，增大了的合金形核几率，另一方面添加少量Sr元素影响合金中Gd、Y元素的溶质分配系数，提高Gd和Y元素在枝晶界的偏析，导致枝晶界形成更多的第二相，从而改善组织，强化性能。
[0009]其中，所述不可避免的杂质包括Fe、Si、Ni，且不可避免的杂质的总量小于0.03wt.％。
[0010]本专利技术还提供一种高强韧铸造镁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、合金熔炼及铸造：所用原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、Mg
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30wt.％Zr中间合金、Mg
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30wt.％Gd中间合金、Mg
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30wt.％Y中间合金、Mg
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30wt.％Sr中间合金；将纯镁及中间合金在烘箱中预热至200～250℃，保温1～2h；在SF6+CO2气体保护下，将镁锭放入坩埚中，加热熔炼；在720～740℃温度下，向镁熔液中加入烘干的纯Zn，Mg
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Gd、Mg
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Y、Mg
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Zr和Mg
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Sr中间合金，加入时迅速将其压入液面以下，融化后搅拌均匀；全部熔融后在720℃除渣、精炼；精炼后在SF6+CO2气体保护下，浇铸至预热温度为200～300℃的模具中；
[0012]S2、固溶处理：将S1制备的镁合金铸锭在460～520℃固溶，保温8～12小时，空冷至室温；
[0013]S3、时效处理：将固溶处理后的镁合金在180～210℃保温24～60小时，空冷至室温。
[0014]其中，所述步骤S1中，在精炼后还包括变温纯化的步骤：精炼后打掉表面浮渣，将熔体温度降至680℃，保温60min，后升温至740℃，打掉表面浮渣。变温纯化时，温度降低，Fe、Ni等比重大的元素下沉，从而降低合金中的Fe、Ni等杂质元素含量，起到净化镁熔体的作用。
[0015]进一步，所述精炼采用六氯乙烷，将六氯乙烷通过精炼工具压入熔体内部后移动精炼工具使六氯乙烷产生的气泡均匀上浮，带出熔体内的夹杂。
[0016]所述精炼工具包括手柄和与手柄相连的隔离罩；所述隔离罩具有容纳腔，所述六氯乙烷放置在容纳腔内；在隔离罩的侧壁上开有若干小孔，使六氯乙烷产生的气泡能够从小孔中逸出。使用精炼工具时，将六氯乙烷放入到隔离罩内，缓慢平行移动精炼工具，使六氯乙烷产生的小气泡从小孔中逸出，不能上下乱晃，确保小气泡均匀逸出，使其与镁熔体充分接触并带走夹杂。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0018]1、本专利技术提供的高强韧铸造镁合金，由于添加了Gd、Y、Zn、Zr和Sr等合金元素提高合金力学性能。其中Gd、Y和Zn可形成高熔点的LPSO相，大大提高合金的室温和高温力学性能。同时，通过添加少量Zr和Sr元素进一步细化晶粒，Zr是无Al镁合金常用的晶粒细化剂，一方面具有良好的晶粒细化效果，另一方面可与杂质Fe形成化合物沉入坩埚底部，从而起到净化溶体的作用，有效的净化和纯化工艺降低合金中的夹杂和杂质元素含量也是提高合金室温和高温力学性能的重要因素之一。添加少量Sr，一方面Sr可增加合金的过冷度，促进形核从而细化晶粒，另一方面Sr可影响Gd、Y元素的溶质分配系数，提高Gd和Y元素在枝晶界的偏析，使得枝晶界形成更多的第二相，从而改善组织，强化性能。此外，Sr元素在合金中固溶度低，难以避免的偏析在晶界形成高熔点的含Sr相也是提高合金高温力学性能的原因之一。因此，该镁合金同时具有优异室温力学性能和高温力学性能，其室温抗拉强度可达340～370MPa，屈服强度可达250～290MPa，延伸率≥2.5％；其250℃高温抗拉强度可达285～300MPa，屈服强度可达165～235MPa，延伸率可达7～15％；其300℃高温抗拉强度可达230～280MPa，屈服强度可达180～215MPa，延伸率可达13～25％。
[0019]2、本专利技术提供的高强韧铸造镁合金的制备方法，通过采用变温纯化工艺，降低温度使Fe、Ni比重大的元素下沉，从而降低合金中的Fe、Ni等杂质元素含量；同时对精炼工艺的创新，让气泡均匀上浮，带出熔体内的夹杂，从而净化溶体，大大降低了合金的杂质含量(小于0.05％)，有效提高了产品的室温和高温性能。并且，该工艺容易操作和调控，所采用
的设备如熔炼炉、热处理炉等均为常规通用设备，具有可移植性强的特点，适合工业生产。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧铸造镁合金，其特征在于，按质量百分比计，包括如下成分：Gd：9.5~11.0wt.%；Y：0.5~1.6 wt.%；Zn：0.8~1.2wt.%；Zr：0.20~0.50 wt.%；不可避免的杂质小于0.06 wt.%，其余为Mg。2.根据权利要求1所述的高强韧铸造镁合金，其特征在于，按质量百分比计，还包括Sr：0.05~0.15wt.%，且Zr与Sr的质量百分比之和为0.2~0.65wt.%。3.根据权利要求1所述的高强韧铸造镁合金，其特征在于，所述不可避免的杂质包括Fe、Si、Ni，且不可避免的杂质的总量小于0.03 wt.%。4.一种高强韧铸造镁合金的制备方法，其特征在于，按权利要求1至3任一组分，其制备方法包括如下步骤：S1、合金熔炼及铸造：所用原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、Mg
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30wt.%Zr中间合金、Mg
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30wt.%Gd中间合金、Mg
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30wt.%Y中间合金、Mg
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30wt.%Sr中间合金；将纯镁及中间合金在烘箱中预热至200~250℃，保温1~2h；在SF6+CO2气体保护下，将镁锭放入坩埚中，加热熔炼；在720~740℃温度下，向镁熔液中加入烘干的纯Zn，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：程仁菊，潘复生，杨明波，吴夏，陈先华，蒋斌，
申请(专利权)人：重庆镁能新材料技术合伙企业普通合伙，
类型：发明
国别省市：