【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铸造，尤其是涉及一种高强度耐热铸造镁合金及其制备方法。
技术介绍
1、镁合金以其较高的比强度、比刚度、导热性和阻尼减震性能以及优异的尺寸稳定性，易于加工回收等特点，正逐步替代传统优质铝合金和钢铁合金，在大中尺寸承力结构件上得到广泛应用。如今，航空航天产业为主的承力结构件大多结构设计复杂、蒙皮较薄且存在诸多一次成型的非加工面，采用现行镁合金材料铸造难度大，构件时常产生疏松、夹渣、气孔等缺陷。综合力学性能方面，变形镁合金优于铸造镁合金且具有一定的实际。公开日为2020年1月10日公开号为cn109182864b的专利技术专利公布了一种采用变温热处理、挤压和时效处理获得的高强镁合金型材，其时效态力学性能达到抗拉强度400～580mpa、屈服强度300～520mpa和延伸率5～20％的水平，该类变形高强镁合金材料及加工成本高且难以适应复杂异形零件非加工面多、内部结构一次成型的趋势，一定程度上限制了零件结构设计的选择空间。因此，开发一种铸造性好，综合力学性能高、铸造工艺简便经济、适用于复杂薄壁构件的砂型铸造高强镁合金是当下镁合金领域研究的重点。
2、镁合金独特的密排六方晶体结构，位错滑移阻力大，塑性变形能力较差，常规的方法是加入适量的zr细化晶粒，提高材料的强度和塑韧性，优化晶粒组织分布。在此基础上研发出了以gd、y、zr为主要合金元素的稀土耐热镁合金，使室温抗拉强度、屈服强度和延伸率达到了320mpa、210mpa和3％的水平，镁合金上述力学性能仍不能满足新型航天器对镁合金结构件的组织性能需求。
>技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种高强度耐热铸造镁合金及其制备方法，以简化制备工艺，改善镁合金的力学性能，满足新型航天器对镁合金结构件的组织性能要求。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种高强度耐热铸造镁合金，按照质量百分比包含如下组分：8％～12％gd、0.2％～2％y、0.2％～1.0％zr、0.2％～1.0％zn，杂质cu、ni、si、fe的总量≤0.2wt.％，余量为mg。
4、本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金在mg-gd-y镁合金中添加了zr、zn元素，zr的添加能有效细化合金晶粒尺寸、改善成分分布和力学性能。zn的添加可以提高合金流动性、提高gd和y析出强化效果、促进mg24(gdyzn)5强化相和mg12zny长周期lpso强化相的生成，提高合金的高温力学性能。
5、上述高强度耐热铸造镁合金的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤s1、根据质量百分比称取原材料；
7、步骤s2、去除原材料表面油污及氧化层，对原材料预热；
8、步骤s3、将预热后的原材料加热熔化并搅拌均匀，静置后浇注；
9、步骤s4、对浇注后的铸件依次进行固溶处理及时效处理，得到所需镁合金。
10、进一步地，所述原材料包括mg-gd中间合金、mg-y中间合金、mg-zr中间合金、工业纯zn锭、原生镁锭。
11、进一步地，mg-gd中间合金中gd占比为25～35wt.％，mg-y中间合金中y占比为25～35wt.％，mg-zr中间合金中zr占比为25～35wt.％。
12、进一步地，步骤s2中预热温度为200-400℃，预热时间为2h以上。
13、进一步地，步骤s3的具体操作方法如下：将原生镁锭在熔剂及惰性气体保护下加热至全部熔化；调整熔体至700℃～740℃加入工业纯zn锭，搅拌直至全部熔化；调整熔体至740℃～770℃，分批加入mg-gd中间合金、mg-y中间合金，搅拌直至全部熔化；调整熔体至760℃～790℃，加入mg-zr中间合金，充分搅拌5～8min；调整熔体至740℃～770℃，进行搅拌精炼6～10min；精炼结束后调整熔体至800℃～820℃，静置20～40min，静置完毕捞除埚底及熔体表面的熔渣，调整至710～740℃进行浇注。
14、进一步地，所述惰性气体为氩气。
15、进一步地，步骤s4中固溶处理的方法如下：一级保温温度：(490～500)℃±5℃；一级保温时间：(5～7)h±10min；二级保温温度：(500～520)℃±5℃；二级保温时间：(3～5)h±10min；冷却方式：空冷。
16、进一步地，步骤s4中时效处理的方法如下：一级保温温度：(150～170)℃±5℃；一级保温时间：(3～5)h±10min；二级保温温度：(210～230)℃±5℃；二级保温时间：(16～28)h±10min；冷却方式：空冷。
17、相对于现有技术，本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金及其制备方法具有以下优势：
18、(1)本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金的铸造工艺性能优越，表现在其充型效果好，铸造缺陷少，采用该合金生产的大尺寸异形薄壁镁合金铸件的尺寸精度和x射线检测一次合格率高。
19、(2)本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金所含合金元素种类少，合金元素总量控制在14％以下，熔炼工艺简便，经济性好，适用于砂型铸造。
20、(3)本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金显著提升了mg-gd-y系镁合金的综合力学性能。其制备的异形薄壁铸件，其室温环境下本体解剖试样抗拉强度、屈服强度、延伸率达到了350mpa、220mpa和5.0％以上的水平，高温200℃环境下本体解剖试样抗拉强度、屈服强度和延伸率达到了310mpa、220mpa和8％以上的水平。
21、(4)本专利技术所述的高强度耐热铸造镁合金的制备方法在热处理过程中通过分级固溶和时效的方法减少合金元素扩散的势能壁垒，提高热处理效率，同时保证合金高水平的力学性能。
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1.一种高强度耐热铸造镁合金，其特征在于：按照质量百分比包含如下组分：8％～12％Gd、0.2％～2％Y、0.2％～1.0％Zr、0.2％～1.0％Zn，杂质Cu、Ni、Si、Fe的总量≤0.2wt.％，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的高强度耐热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述原材料包括Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Zr中间合金、工业纯Zn锭、原生镁锭。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：Mg-Gd中间合金中Gd占比为25～35wt.％，Mg-Y中间合金中Y占比为25～35wt.％，Mg-Zr中间合金中Zr占比为25～35wt.％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中预热温度为200-400℃，预热时间为2h以上。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S3的具体操作方法如下：将原生镁锭在熔剂及惰性气体保护下加热至全部熔化；调整熔体至700℃～740℃加入工业纯Zn锭，搅拌直至全部熔化；调
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S4中固溶处理的方法如下：一级保温温度：(490～500)℃±5℃；一级保温时间：(5～7)h±10min；二级保温温度：(500～520)℃±5℃；二级保温时间：(3～5)h±10min；冷却方式：空冷。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S4中时效处理的方法如下：一级保温温度：(150～170)℃±5℃；一级保温时间：(3～5)h±10min；二级保温温度：(210～230)℃±5℃；二级保温时间：(16～28)h±10min；冷却方式：空冷。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度耐热铸造镁合金，其特征在于：按照质量百分比包含如下组分：8％～12％gd、0.2％～2％y、0.2％～1.0％zr、0.2％～1.0％zn，杂质cu、ni、si、fe的总量≤0.2wt.％，余量为mg。
2.根据权利要求1所述的高强度耐热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述原材料包括mg-gd中间合金、mg-y中间合金、mg-zr中间合金、工业纯zn锭、原生镁锭。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：mg-gd中间合金中gd占比为25～35wt.％，mg-y中间合金中y占比为25～35wt.％，mg-zr中间合金中zr占比为25～35wt.％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中预热温度为200-400℃，预热时间为2h以上。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3的具体操作方法如下：将原生镁锭在熔剂及惰性气体保护下加热至全部熔化；调整熔体至700℃～740℃加入工业纯zn锭，搅拌直至全部...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜哲，张建兵，张海涛，王飞，蒋清，刘贞露，孟祥炜，韩红，常志勇，杨瑛琦，李浈，宿常旭，顾皞，顾宝龙，姚永，肖瑶，殷凤杰，商立瞳，杨为廷，岳小东，国建花，高东生，马辉，宋卓，
申请(专利权)人：天津航天长征技术装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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