一种高强耐热Mg-Gd-Y-Sm-Zn-Zr合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强耐热Mg

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着传统金属矿产储量的逐渐减少以及环境污染问题的日益突出，加之制造业对结构材料轻量化的追求，镁及镁合金受到了广泛的关注。相比于传统结构材料(如钢和铝合金)，镁合金具有如下显著优势：(1)密度低，比强度和比刚度高，其密度1.7g/cm3仅约为铝合金(2.7g/cm3)的2/3或钢(7.8g/cm3)的1/4，采用镁合金替换铝合金或者钢可以显著降低结构件的重量并带来显著的经济效益。
[0003]虽然Mg合金具有很多优点，但对目前在汽车工业中商用化程度最高的AZ系和AM系合金来说，当温度高于125℃时会迅速损失其强度，因而极大地限制了Mg合金在汽车动力系统和航天航空的进一步应用。
[0004]研究表明，在Mg
‑
Al合金中添加少量的Si、RE、Ca或者Sr可以有效提高Mg合金的抗蠕变性能，其中有代表性的合金包括AS21、AS41、AE42、AE41、AX53、AXJ、ACM522、MRI153和AJ52x等，这些合金的耐热温度最高至200℃，并且均为压铸合金。在Mg中添加稀土(RE)元素可以显著提高Mg合金的高温强度和抗蠕变性能，使得其耐热温度高于200℃。但可以在350℃这种更高温度下服役的镁合金仍然较少。
[0005]Sm在镁中具有较高的固溶度；在共晶温度542℃时，Sm在镁中具有5.8wt％的最大固溶度；当温度降低至200℃时，其固溶度仅为0.4％。随着温度降低，Sm在Mg中的固溶度减小，形成了过饱和的固溶体；在时效过程中，过饱和固溶体分解，形成大量的析出相。因此，Sm在镁合金中具有良好的固溶强化和时效强化效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的主要目的在于提供一种高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其在减少稀土元素量的同时，在高温条件下仍具有较高的屈服强度和抗拉强度，适用于航天航空等领域。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：7.0
‑
8.5％，Y：1.6
‑
2.3％，Sm：1.1
‑
2.1％，Zn：0.9
‑
1.2％，Zr：0.4
‑
0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质的含量小于/等于0.02％；其中Gd+Y/Sm/Zn的比例为(9
‑
10)：(1.5
‑
2.0)：1。
[0009]在某些具体实施例中，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：8.1％，Y：2.3％，Sm：1.1％，Zn：1.1％，Zr：0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0010]在某些具体实施例中，包括以质量百分比计的如下组分：Gd7.7％，Y：2.1％，Sm：2.1％，Zn：1.2％，Zr：0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0011]在某些具体实施例中，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：8.5％，Y：2.3％，Sm：1.3％，Zn：0.9％，Zr：0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0012]一种根据前述的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金的制备方法，包括如下步骤：
[0013]1)将原材料组分混合均匀，进行熔炼铸造，得到铸态合金；
[0014]2)将铸态合金依次进行固溶处理和时效处理，即得到高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金。
[0015]在某些具体实施例中，在步骤1)中，所述熔炼铸造为：在惰性气氛的保护下，先升温至720
‑
780℃，将物料全部熔化，再使用低碳钢搅拌棒进行2
‑
4min机械搅拌，随后静置5
‑
10min，得到初步合金熔体；然后降温至720
‑
740℃静置15
‑
30min后进行浇注，得到铸态镁合金。
[0016]在某些具体实施例中，在步骤1)中，得到所述初步合金熔体后，将温度降至760℃，加入5号精炼剂对所述初步合金熔体进行精炼处理。
[0017]在某些具体实施例中，在步骤2)中，进行固溶处理的固溶温度为480
‑
510℃，固溶时间为8
‑
12h，得到固溶态镁合金。
[0018]在某些具体实施例中，在步骤2)中，进行时效处理的步骤为：先在时效温度为195
‑
205℃下时效处理45
‑
51h，然后在时效温度220
‑
230℃下时效处理8
‑
10h，得到时效态镁合金。
[0019]在某些具体实施例中，所述原材料分别为纯镁锭、纯锌粒、Mg
‑
Gd中间合金、Mg
‑
Sm中间合金、Mg
‑
Y中间合金、Mg
‑
Zr中间合金。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0021]1)本专利技术所提供的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其通过添加一定含量的Sm元素以及特定的组分比例，再通过对铸态合金进行固溶强化和时效强化，使得Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金的具有优异的耐高温性能。当Sm元素的含量控制在1.1wt％时，该镁合金在350℃高温下的抗拉强度258MPa，屈服强度为203MPa；当Sm元素的含量控制在2.1wt％时，该镁合金在350℃高温下的抗拉强度231MPa，屈服强度为186MPa；本专利技术的高强耐热镁合金到350℃超高温度下仍具有较高的抗拉强度；本专利技术的高强耐热镁合金，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。
[0022]2)本申请所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其特征在于，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：7.0
‑
8.5％，Y：1.6
‑
2.3％，Sm：1.1
‑
2.1％，Zn：0.9
‑
1.2％，Zr：0.4
‑
0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质的含量小于/等于0.02％；其中Gd+Y/Sm/Zn的比例范围为(9
‑
10)：(1.5
‑
2.0)：1。2.根据权利要求1所述的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其特征在于，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：8.1％，Y：2.3％，Sm：1.1％，Zn：1.1％，Zr：0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其特征在于，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：7.7％，Y：2.1％，Sm：2.1％，Zn：1.2％，Zr：0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金，其特征在于，包括以质量百分比计的如下组分：Gd：8.5％，Y：2.3％，Sm：1.3％，Zn：0.9％，Zr：0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。5.一种根据权利要求1
‑
4中任一项所述的高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
Zr合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将原材料组分混合均匀，进行熔炼铸造，得到铸态合金；2)将铸态合金依次进行固溶处理和时效处理，即得到高强耐热Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Sm
‑
Zn
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江凤，肖建飞，蒋斌，周建新，罗小钧，杨鸿，张昂，黎田，董志华，吴素娟，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：