【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体涉及一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金及其制备方法。
技术介绍
1、目前，镁合金在汽车轻量化领域的应用大幅增加，镁合金零部件已经逐渐替代一些钢质、铸铁、铝合金等汽车结构件，如仪表盘、离合器壳体、方向盘骨架、四门一盖、减速箱壳体等；同时在3c领域、航空航天、军工领域也存在较多研究。尤其在一些汽车零部件的应用中，如发动机引擎盖、汽缸体、变速箱壳体等零部件，由于其长期服役的工作温度已经达到了120℃，甚至部分已经达到150℃以上。但是镁合金得高温强度，尤其是高温蠕变性能较差，这将限制镁合金在汽车、3c、航空航天和军工领域的应用。
2、一些学者开发耐热镁合金的主要措施包括：(1)采用稀土元素y、ag和zr等元素来代替al，开发了we、qe、ae和ze系列合金；(2)在镁合金中添加或者原为生长增强纤维或者增强颗粒，比如mg-si合金；(3)在mg-al合金基础上开发多元合金化，选择与铝元素结合力比较强的合金元素改善热稳定性等。如中国专利cn116732399a公开了一种高强韧高耐热mg-al-re系压铸镁合金及其制备方法，该镁合金成分主要含al、la、mn、sn、be，其中上述元素还需要同时满足：0＜al-(0.7la+2mn)＜1.2，该合金相较于传统压铸镁合金具有稍高的力学性能和耐热性能，但其抗拉强度、屈服强度仍有待提高，只适用于压铸成型，限制了其工程化应用领域。
3、又如中国专利cn116334462a公开了一种稀土镁合金及其制备方法，该镁合金成分主要含al、re1、
4、再如中国专利cn116732401a公开了一种添加混合稀土的高强高导热变形镁合金及其制备方法，该镁合金是在mg-zn系合金基础上加入0.5％mn和微量的la/ce混合re元素，目的是获得具有高导热性能和力学性能的合金，具有成本优势。然而，由于加入的mg-zn系合金中存在mgzn化合物，尽管可能获得较好的导热性能，但是限制了其耐热性能，其力学性能优势也不明显，因此限制了其在高强韧领域的工程化应用。
5、现有的压铸镁合金材料和变形镁合金均存在无法兼顾耐热性、高强度、高韧性、低成本、优异的压铸特性及其他成形特性等技术难题，限制了镁合金材料的应用范围；因此迫切需要开发新型高强韧高耐热的镁合金材料，以满足镁合金在结构件与耐热件上的使用需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金，通过在该合金中加入少量的la、gd稀土元素和zr元素，利用多元素之间的电负性差异，使得加入的la、gd元素优先于mg与al形成高熔点的针状的al11la3和al3gd高熔点稀土化合物，有目的的获得al与la和gd的化合物，从而只析出极少量低熔点的mg17al12相且可以改善mg17al12相的形貌，从而大幅度改善合金的耐热性能、强度和塑性变形能力。从而达到提高合金的耐热能力。同时，本专利技术还提供了其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
3、一方面，本专利技术提供了一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金，合金中各组分及其质量百分比为：
4、al：4.2-5.5％，la：3.5-4.5％，gd：0.2-1.0％，zr：0.4-0.6％；杂质元素包括fe<0.005％，cu<0.015％，ni<0.002％，mn<0.1％，sn<0.1％；其余为mg。
5、更优选的，合金中各组分及其质量百分比为：
6、al：4.5-5.0％，la：3.8-4.2％，gd：0.5-1.0％，zr：0.4-0.6％；杂质元素包括fe<0.005％，cu<0.015％，ni<0.002％，mn<0.1％，sn<0.1％；其余为mg。
7、本专利技术提供的一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金，通过在该合金中加入少量的la、gd稀土元素和zr元素，利用各金属元素的电负性差异，并控制al元素含量，加入的少量的la，gd元素优先于mg与al形成高熔点的针状的al11la3和al3gd高熔点稀土化合物，因此有目的的获得al与la和gd的化合物，即针状的高熔点al11la3和al3gd，从而限制低熔点的mg17al12相析出，从而达到提高合金的耐热能力、力学性能以及变形性能。
8、金属材料的耐热性能主要是指在高温和外加载荷的共同作用下抗蠕变的能力。热强性能和热稳定性能可以反映合金的耐热性能。材料的热强性能主要是指材料在高温下长时间应力作用下材料具有抵抗变形和断裂的能力，蠕变强度、高温疲劳强度和持久强度是反映材料热强性能的指标；合金的热稳定性是指合金在高温情况下抗氧化合耐腐蚀的能力。镁合金的蠕变机制主要是在应力作用下容易滑动、同时位错攀移。因此，提高镁合金的耐热性能，可以采取强化晶界和限制位错运动两种办法入手。抑制基体内部位错的运动并阻止晶界滑移，通过弥散析出强化、固溶强化和复合强化等手段可以强化晶界。那么抑制晶界的滑移，可以采用的方法是在晶界上形成热稳定性高的析出相来强化晶界，也可以在晶内形成大量弥散细小分布、热稳定性高的二次析出相，或者通过固溶强化，使稀土元素原子在α-mg晶内扩散困难，从而抑制位错的产生和运动。
9、具体的，根据各个元素的电负性差异，其中mg、al、zn、zr、la、gd元素的电负性分别为1.31、1.61、1.65、1.33、1.10、1.20，这样加入的少量稀土la，gd元素优先于mg与al结合，形成高熔点的针状的al11la3和al3gd高熔点稀土化合物，因此多数al与la和gd形成化合物，只析出极少量低熔点的mg17al12相，这样可以提高合金的热强性能和热稳定性能，即具有较好的耐热性能。加入和稀土元素不仅可以形成高熔点的针状的al11la3和al3gd高熔点稀土化合物，由于基体中的al元素含量较少，同时这些稀土化合物可以作为异质形核核心来细化和改善铸态合金中基体α-mg相，并改善晶界处由于非平衡凝固可能形成极少量低熔点的mg17al12相的形态和分布。由此可见，这不仅明显细化了铸态合金的组织大小，而且明显改善了分布于晶界的mg17al12相的形貌，使其由常规mg17al12网状转变为细小颗粒状，从而大幅度改善合金的耐热性能、强度和塑性变形能力。
10、同时，由于mg和zr的电负性基本一致，不形成化合物，根据zr元素在mg中的固溶度，对zr含量进行了严格控制。另外，对al元素加入时机的严格控制与协同作用，可以有效避免了不溶化合物al3zr相的析出，从而发挥了zr元素对mg-al-la-gd-zr镁合金基体α本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金，其特征在于，合金中各组分及其质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的一种高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金，其特征在于，合金中各组分及其优选质量百分比为：
3.一种根据权利要求1或2所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，所述Mg-La中间合金采用Mg-25％La或Mg-30％La中间合金，所述Mg-Gd中间合金采用Mg-25％Gd或Mg-30％Gd中间合金，所述Mg-Zr中间合金采用Mg-25％Zr或Mg-30％Zr中间合金。
6.根据权利要求4所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤五中旋锻和三向自由锻造，其中三向自由锻造的终锻温度不超过480℃，每个方向的积累压下量不少于
7.根据权利要求4所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤五中旋锻和三向自由锻造后再进行热挤压成形时，终锻尺寸以大于挤压筒直径尺寸为限，待冷却至室温后进行车皮，去除表面氧化层和污物，然后将再次车皮后的锻造材料放入挤压筒中在250-350℃下进行挤压变形加工，挤压比10-30，得到Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金型材或带材。
8.根据权利要求4所述的高强韧Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤五中旋锻和三向自由锻造后再进行轧制时，先将其锻造为矩形坯，然后清除表面氧化层和污物，再将矩形坯进行板材轧制，轧制温度为480-540℃，得到Mg-Al-La-Gd-Zr耐热镁合金板材。
...【技术特征摘要】
1.一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金，其特征在于，合金中各组分及其质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的一种高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金，其特征在于，合金中各组分及其优选质量百分比为：
3.一种根据权利要求1或2所述的高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的高强韧mg-al-la-gd-zr耐热镁合金的制备方法，其特征在于，所述mg-la中间合金采用mg-25％la或mg-30％la中间合金，所述mg-gd中间合金采用mg-25％gd或mg-30％gd中间合金，所述mg-zr中间合金采用mg-25％zr或mg-30％zr中间合金。
6.根据权利要求4所述的高强韧mg-al-...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，王鲁东，孙强，滕杰，
申请(专利权)人：鹤壁海镁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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