耐热镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了耐热镁合金及其制备方法，属于耐热镁合金材料领域。本发明专利技术所提供的合金中各组分及其重量百分数为：Ｚｎ为４．８～５．２％，Ｎｄ为１．４～１．６％，Ｅｒ为１．４～２．８％，Ｚｒ为０．５４～０．５６％，杂质元素为Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ，总含量小于０．０２％，其余为Ｍｇ。本发明专利技术通过将镁锭、锌锭在石墨坩埚中采用覆盖剂保护下经７８０℃加热至熔化后，再加入镁钕及镁铒中间合金，待中间合金全部熔化后，最后加入镁锆中间合金，在７９０℃下加热至全部熔化，经搅拌、保温后撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，浇注入钢制模具中，在空气中自然冷却，将得到的铸造态镁合金进行Ｔ１热处理，得到高强耐热的Ｍｇ－Ｚｎ－Ｎｄ－Ｅｒ－Ｚｒ合金。本发明专利技术的合金具有较高的室温强度和高温强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐热镁合金材料领域，具体涉及一种含稀土 Nd和Er耐热镁合金及其 制备方法。
技术介绍
镁合金作为最轻的金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、优良的阻尼性能 和良好的铸造性能和机械加工性能，被誉为“21世纪的绿色结构材料”，具有广泛的应用前 景。在常用的铸造镁合金牌号中，ZK60合金以其优良的室温力学性能和较好的高温力学性 能，得到了广泛的工业应用。但由于该合金在铸造时易产生晶内偏析和疏松缩孔，同时该合 金的熔炼和铸造工艺也比较复杂，在生产中存在严重的夹杂问题，热裂倾向严重，从而导致 其高温强度还是无法满足一些特殊环境下的使用要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第1个技术问题是提供一种耐热性能好的镁合金。本专利技术所要解决的第2个技术问题是上述合金的制备方法。本专利技术是通过以下的技术方案实现的，所述的耐热镁合金，其成分及重量百分数 为Zn 为 4. 8 5. 2%，Nd 为 1. 4 1. 6%，Er 为 1. 4 2. 8%，Zr 为 0. 54 0. 56%，杂质 元素为31、？6、01、附，总含量小于0. 02%，其余为1%。上述合金的制备方法为a)将镁锭、锌锭、镁钕中间合金、镁铒中间合金及镁锆中间合金按给定的重量百分 数进行配料，并置于烘箱中预热至150_155°C ；b)将配制好并已混合均勻的镁合金熔炼覆盖剂置于烘箱中预热至150_155°C ；c)设定坩埚电阻炉的温度为780_785°C，待石墨坩埚被加热至300_310°C时，在石 墨坩埚中加入步骤a)中经预热的镁锭和锌锭，并撒入二分之一的步骤b)中经预热的镁合金熔炼覆盖剂；d)待石墨坩埚中的镁锭和锌锭全部熔化后，在坩埚中加入步骤a)中经预热的镁 钕及镁铒中间合金，并将其压入熔体内部；e)待镁钕及镁铒中间合金全部熔化后，在坩埚中加入镁锆中间合金，并将其压入 熔体内部，重新设定坩埚电阻炉的温度为790-795°C。待镁锆中间合金全部熔化后，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr合金液；撇去合金液表面浮渣，搅拌，撒入剩余的镁合金熔炼覆盖剂，在 790-795 °C下保温30-35分钟；f)待坩埚电阻炉的温度降到720 724 °C时，撇去合金液表面浮渣及镁合金熔 炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200-250°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Er-&铸造态合金进行T1热处理，得到高强耐热的 Mg-Zn-Nd-Er-Zr 合金。所述的镁合金熔炼覆盖剂的成分及重量百分数为LiCl(分析纯)为35%， BaCl2(分析纯)为35%，CaF2(分析纯)为20%，KC1 (分析纯)为10%，其用量为目标合 金总量的2. 0 3. 0%。所述的T1热处理的条件为温度220°C、时间8h。本专利技术具有以下特点1、通过在Mg-Zn-&镁合金中添加稀土元素Nd和Er，在合金中形成具有较高熔点 和热稳定性的Mg-Zn-Er和Mg-Zn-Nd三元化合物相(即第二相)。由于这些第二相在热变 形过程中对镁基体晶界滑移产生有效的钉扎作用，提高镁合金的耐热性能和降低合金形成 显微缩松的倾向。同时这些稀土元素的加入，能够有效的抑制动态再结晶时晶粒的长大，进 一步使合金组织细化，提高合金的综合性能。2、通过对铸造态镁合金进行T1热处理，并优化时效温度和时间，充分发挥合金的 时效强化效果，进一步提高铸造镁合金的抗拉强度和硬度。为了进行性能对比，本专利技术同时采取上述制备方法，制备了 ZK60合金，其成分及 其重量百分数为:Zn为5.8%，&为0. 53%，杂质元素为31丄6、01、附，总含量小于0. 02%, 其余为Mg，并分别测试了其在室温条件和175°C条件下的抗拉强度。与现有技术的ZK60合金相比，本专利技术具有以下的有益效果 本专利技术与现有技术相比，所制备的Mg-Zn-Nd-Er-&合金，具有较高的室温强度和 更高的高温强度，塑性也有较大的提高，可以作为汽车发动机、自动变速箱等零部件的结构 材料，也可以作为在较高环境温度下使用的其它结构材料。附图说明图1是本专利技术方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态光学显微组织照片。图2是本专利技术方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态SEM显微组织照片。图3是本专利技术方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态的EDS谱图。图4是本专利技术方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态试样室温和175°C条件下 的强度试验曲线，拉伸试棒的标距和直径分别为25mm、0 5mm。图5是现有技术的ZK60镁合金T1热处理态光学显微组织照片。具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详述。实施例1a)合金成分及重量百分数为:Zn为5.0%，Nd为1.4%，Er为2. 1%，&为0.54%， 杂质元素小于0. 02%，其余为Mg ；按以上合金成分准备工业纯镁、工业纯锌、含26. 35% Nd 的镁钕中间合金、含30. 6% Er的镁铒中间合金、含33. 48% Zr的镁锆中间合金，并进行配 料。将配制好的镁合金原料烘箱中预热至150°C。b)覆盖剂的成分及重量百分数为LiCl(分析纯)为35%，BaCl2(分析纯)为 35%, CaF2(分析纯)为20%，KCl (分析纯)为10%，其用量为目标合金总重量的2. 5%。 按以上覆盖剂的成分进行覆盖剂的配料。将配制好的覆盖剂置于烘箱中预热至150°C。c)设定坩埚电阻炉的温度为780°C，待石墨坩埚被加热至300°C时，在石墨坩埚中 加入镁锭和锌锭，撒入二分之一的配制好的覆盖剂；d)待石墨坩埚中的镁锭和锌锭全部熔化后，在石墨坩埚中加入镁钕及镁铒中间合 金，并将其压入熔体内部；e)待镁钕及镁铒中间合金全部熔化后，在石墨坩埚中加入镁锆中间合金，并将其 压入熔体内部，重新设定坩埚电阻炉的温度为790°C。待镁锆中间合金全部熔化后，撇去合 金液表面浮渣，搅拌2分钟，撒入剩余的覆盖剂，在790°C下保温30分钟；f)待坩埚电阻炉的温度降到724°C时(室温为15°C )撇去合金液表面浮渣及镁合 金熔炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Erlr铸造态合金进行Tl热处理(220°C /8h的时效处理)，得到 高强耐热的Mg-Zn-Nd-Erlr合金。本实施例的镁合金，在室温条件下的抗拉强度为269MPa，屈服强度为208MPa， 伸长率为11.8% ；在175 °C条件下的抗拉强度为174MPa，屈服强度为105MPa，伸长率为 16. 5%。本实施例的合金的显微组织见图1、图2，合金中析出相的成分见图3，强度试验曲 线见图4，现有技术的ZK60合金的显微组织见图5。从图1可以看出，由于ττ和稀土元素Er和Nd的加入，合金组织中出现连续的沿 晶界分布的网状共晶组织，晶粒得到明显的细化，其平均粒径为25 μ m.，同时晶内弥散析出 大量细小的质点。从图2、3可以看出，沿晶界连续分布的网状共晶组织和晶内弥散析出的细小质点 都是耐热性较高的Mg-Zn-Er和Mg-Zn-Nd化合物相，沿晶界分布的本文档来自技高网...

【技术保护点】
耐热镁合金，其特征在于，各组分及其质量百分数为：Ｚｎ为４．８～５．２％，Ｎｄ为１．４～１．６％，Ｅｒ为１．４～２．８％，Ｚｒ为０．５４～０．５６％，杂质元素为Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ，总含量小于０．０２％，其余为Ｍｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周天承，
申请(专利权)人：周天承，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]