【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低成本高强度稀土铸造镁合金以及制备方法，属于镁合金材料制备。
技术介绍
1、镁合金是实际应用中最轻质的金属结构材料，在实现轻量化、降低能源消耗、减少环境污染等方面具有显著作用，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”之一，应用于汽车、国防军工、航空航天、电子、机械等工业领域，发展前景非常远大。但镁合金应用的广泛性远不如钢铁材料与铝合金，这主要是因为镁合金本身存在绝对强度低、韧性不足、高温抗蠕变以及耐腐蚀性差等关键问题，进而限制了镁合金的发展与应用。
2、为了提高镁合金的强度，现有技术中通过添加稀土元素作为提高镁合金强度的有效手段已经被许多研究者所采用。稀土元素能够改善镁合金的铸造性能，形成高熔点的金属间化合物以及细化合金晶粒尺寸。除此之外，一些稀土元素对镁合金具有固溶和沉淀强化作用，能够极大地提高合金的力学性能。
3、国内高校联合航天院所开发了很多高稀土含量的高性能镁合金材料，如we54、vw103，并编入了gb/t 19078-2016国家标准，通过对比标准合金成分发现，高强度一般对应高含量的稀土，常规铸造条件下，由于稀土元素的烧损比较大，导致合金熔炼成本非常高，铸件产品的价格让一般企业都望其项背，因此，成本是阻碍稀土镁合金应用的最大障碍。
4、因此，为了满足gb/t 19078-2016标准规定的机械性能要求，国内学者一直在寻求材料工艺上的突破，一般使用廉价的稀土元素，如la、ce等轻稀土，但是强化效果并不理想，究其原因是其在镁合金中的固溶强化和析出强化效果不显著，而y、nd、
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题与不足，本申请提供一种低成本高强度稀土铸造镁合金以及制备方法，以解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种低成本高强度稀土铸造镁合金，铸造镁合金包括的组分及其质量百分比为：钇1.6%～2.4%、钕1.7%～2.3%、钆0.70%～1.3%、锆0.5%～1.0%、锌0.4%～0.8%、铁≤0.01%、铜≤0.02%、镍≤0.005%和不可避免的杂质；其中稀土总量占比为4.8%～5.3%，锌和锆的总质量占比为1.1%～1.5%。
3、具体的，钇、钕和钆的质量比为：1.6～2.2：1.7～2.4：1。
4、具体的，钇、钕和钆分别以镁稀土中间合金的形式加入；锆以镁锆中间合金的形式加入。通过添加钇、钕、钆和锆作为强化元素，以控制镍和铁等杂质元素含量，并且钇、钕、钆和锆在熔炼过程中，钇、钕和钆元素在基体中主要起到固溶强化以及时效过程中析出大量纳米mg-re强化相，从而使其强度得到大幅提升。而锆主要起到细化晶粒的作用，因其在镁合金基体凝固前就会析出大量mg-zr相，而该相与mg基体的晶格错配度比较小，可以作为mg基体的形核质点，从而明显细化晶粒，且锆含量越高，其细化效果越明显，但其熔炼过程中容易沉淀，需要辅以搅拌。
5、本申请还提供一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，包括以下步骤：
6、s1.装料：首先将清洁的坩埚进行预热，并沿坩埚壁和坩埚底部均匀撒入覆盖剂，再加入纯镁锭，最后对坩埚进行升温，以熔化镁锭；
7、s2. 熔炼合金：待s1中的纯镁锭熔化后加热升温，加入纯锌，保温后继续升温，再依次加入镁稀土中间合金，加料过程中全程使用溶剂和气体保护，待镁稀土中间合金全部熔化后加入镁锆中间合金，再进行保温，使镁锆中间合金充分熔化；通过加入锌，在熔炼时得到锌锆原子团簇，起到代替稀土元素可固溶强化及细化晶粒的作用，从而降低稀土添加量，尤其是降低易烧损稀土y元素的加入量，进而降低合金制作成本。实现镁合金经过适当的固溶时效热处理后，得到基体为α-mg、zn-zr团簇及弥散分布的mg-re组织，显著提高镁合金的力学性能。
8、s3.精炼合金：待s2中的合金料完全熔化后进行精炼，使用高纯氩气通入熔体底部，在液面翻滚的波峰位置持续不断的撒入精炼剂，整个过程为3min，精炼结束后保温15min；
9、s4.浇注：待s3中的熔体保温结束后，降低熔体温度，拔去表面浮渣，并在坩埚表面持续撒入硫磺粉，以防止氧化。并将熔体注入预热后的浇注模具，浇注完成后进行脱模，待冷却后得到合金铸件；
10、s5.热处理：将s4中得到的合金铸件进行固溶时效热处理和水中淬火，最终得到高强度铸造镁合金。
11、具体的，在s1中采用电阻炉对坩埚进行加热；首先将坩埚预热至500℃，再加入纯镁锭，最后将坩埚升温至700℃，以熔化镁锭。
12、具体的，在s2中待s1中的纯镁锭熔化后将坩埚升温至730℃，再加入纯锌，并保温3min，之后继续升温至760℃，接着加入镁稀土中间合金；在加入镁锆中间合金后在760℃下保温15min，以充分熔化镁锆中间合金，同时在不扰动熔体液面的前提下使用熔炼工具进行底部搅拌，使各组分搅拌均匀。
13、具体的，在s2熔炼合金时，所需要使用的熔炼工具需预先进行预热后才可在熔炼时使用。
14、具体的，在s3精炼合金时，精炼剂的加入量为熔体质量的1%。
15、具体的，在s4浇注时，待s3中的熔体保温结束后，降低熔体温度至690-710℃；浇注前，浇注模具需预热至200℃；浇注模具的型腔在浇注前需提前通入保护气体，并在整个浇注过程中需持续的往浇注液面以及冒口部位撒硫磺粉，以防止熔体在浇注过程中发生二次氧化。
16、具体的，在s5热处理时，采用温度在525℃进行固溶时效热处理，保温处理为6-8小时；采用温度为60-80℃热水进行淬火，淬火后将铸件保温在200℃12-16小时。
17、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
18、本专利技术的铸造镁合金采用多元少量复合强化及微量低成本合金元素辅助强化的思路，主要添加的强化元素为钇、钕、钆、锌和锆，并选择其合适的成分范围，控制镍、铁等杂质元素含量。其中强化元素为钇、钕和钆，该类元素在基体中主要起到固溶强化以及时效过程中析出大量纳米mg-re强化相从而使镁合金强度得到大幅提升。而锆元素主要起到细化晶粒的作用，因其在镁合金基体凝固前就会析出大量mg-zr相，而该相与mg基体的晶格错配度比较小，可以作为mg基体的形核质点，从而明显细化晶粒，且锆含量越高，其细化效果越明显。而锌元素在镁稀土系合金中一方面固溶于基体，另一方面和镁稀土相形成mg-zn-re相，锌元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述铸造镁合金包括的组分及其质量百分比为：钇1.6%～2.4%、钕1.7%～2.3%、钆0.70%～1.3%、锆0.5%～1.0%、锌0.4%～0.8%、铁≤0.01%、铜≤0.02%、镍≤0.005%和不可避免的杂质；其中稀土重量占比为4.8%～5.3%，锌和锆的总质量占比为1.1%～1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述钇、钕和钆的质量比为：1.6～2.2：1.7～2.4：1。
3.根据权利要求2所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述钇、钕和钆分别以镁稀土中间合金的形式加入；所述锆以镁锆中间合金的形式加入。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在S1中采用电阻炉对坩埚进行加热；首先将坩埚预热至500℃，再加入纯镁锭，最后将坩埚升温至700℃，以熔化镁锭。
6.根据权
7.根据权利要求6所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在S2熔炼合金时，所需要使用的熔炼工具需预先进行预热后才可在熔炼时使用。
8.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在S3精炼合金时，所述精炼剂的加入量为熔体质量的1%。
9.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在S4浇注时，待S3中的熔体保温结束后，降低熔体温度至690-710℃；浇注前，浇注模具需预热至200℃；所述浇注模具的型腔在浇注前需提前通入保护气体，并在整个浇注过程中需持续的往浇注液面以及冒口部位撒硫磺粉。
10.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在S5热处理时，采用温度在525℃进行固溶时效热处理，保温处理为6-8小时；采用温度为60-80℃热水进行淬火，淬火后将铸件保温在200℃12-16小时。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述铸造镁合金包括的组分及其质量百分比为：钇1.6%～2.4%、钕1.7%～2.3%、钆0.70%～1.3%、锆0.5%～1.0%、锌0.4%～0.8%、铁≤0.01%、铜≤0.02%、镍≤0.005%和不可避免的杂质；其中稀土重量占比为4.8%～5.3%，锌和锆的总质量占比为1.1%～1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述钇、钕和钆的质量比为：1.6～2.2：1.7～2.4：1。
3.根据权利要求2所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金，其特征在于：所述钇、钕和钆分别以镁稀土中间合金的形式加入；所述锆以镁锆中间合金的形式加入。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在s1中采用电阻炉对坩埚进行加热；首先将坩埚预热至500℃，再加入纯镁锭，最后将坩埚升温至700℃，以熔化镁锭。
6.根据权利要求4所述的一种低成本高强度稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于：在s2中待s1中的纯镁锭熔化后将坩埚升温至730℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚家林，夏少华，李娄明，许永祥，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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