專利名稱：一種含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料，特別涉及一種含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前工業(yè)上可應(yīng)用結(jié)構(gòu)金屬材料中最輕的，在相同體積下，鎂合金比鋁合金輕36%，比鋼輕77%，它的低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)異的機(jī)械加工性能以及良好的鑄造性能使其在汽車和航空等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并且由于環(huán)保、節(jié)能和汽車的輕量化等要求使得鎂合金在汽車上的應(yīng)用受到極大的關(guān)注。Mg-Al基合金(如AZ91和AM60 等)是目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的鎂合金系列，該系鎂合金中，其強(qiáng)化相為Mg17A12,這類合金具有良好的鑄造性能和較好的常溫力學(xué)性能，但它本身存在著難以克服的缺點(diǎn)以離異共晶的形式呈網(wǎng)狀沿晶界析出的粗大的Mg17Al12相，使鑄態(tài)合金的塑性和強(qiáng)度下降，且在溫度超過(guò)120°C時(shí)呈網(wǎng)狀分布在晶界上的Mg17Al12相，很容易軟化和粗大化，嚴(yán)重降低合金的強(qiáng)度。添加合金元素是有效提高鎂合金性能的有效途徑之一。向鎂合金中添加稀土元素 (如Y、Nd、％等)、堿土元素引起了極大的關(guān)注，且添加稀土元素能顯著提高合金機(jī)械性能的同時(shí)不降低其他性能。Ca由于其資源豐富價(jià)格低廉及低密度等優(yōu)點(diǎn)被廣泛添加到鎂合金中提高合金的抗氧化性能、機(jī)械性能，Ca在Mg-Al基合金中有好的細(xì)化晶粒的作用，且合金凝固的過(guò)程中通過(guò)共晶反應(yīng)在基體中形成Laves相Mg2Ca,抑制Mg17Al12相的形成而達(dá)到改善合金機(jī)械性能。目前，已有傳統(tǒng)方法制備的的AX53(Mg-5Al-3Ca合金)鑄態(tài)鎂合金，該法制得的合金顯微組織粗大，對(duì)合金的性能不利，且截止目前添加Nd對(duì)AX62 (Mg-6Al-2Ca 合金)鎂合金性能影響的報(bào)道鮮見(jiàn)，AX62-xNd鎂合金經(jīng)過(guò)熱變形后的性能研究更是少有報(bào)道。技術(shù)方案本發(fā)明的目的是提供一種添加稀土釹至鎂-鋁-鈣變形鎂合金中及其改善其性能的制備方法，采用本發(fā)明方法制備的添加稀土釹至鎂-鋁-鈣變形鎂合金，在提高鎂合金抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，還提高了其屈服強(qiáng)度。本發(fā)明所述制備方法簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，容易實(shí)施。本發(fā)明的技術(shù)方案是含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金，包括Al、Ca、Nd，各組份的質(zhì)量百分含量為Al 含量為 5. 5 6. 2% ；Ca 含量為 1. 8 2. ；Nd 含量為 0. 9 4. 0 % ；余量為Mg。所述變形鎂合金較好技術(shù)方案是，各組份的質(zhì)量百分比為Al 含量為 6%;Ca 含量為 2%;
Nd 含量為 0. 9 4. 0 %余量為Mg。本發(fā)明所述鎂合金是還含有不可避免的雜質(zhì)，其總含量< 0. 15%，其不可避免的雜質(zhì)為Fe，Zn, Cu，其各組份的質(zhì)量百分比為Je含量< 0.02%，Si含量< 0.015%，Cu含量彡 0. 015%。上述變形鎂合金的制備方法有以下步驟1).按照上述配比取各組份原料，放入容器中，將盛裝有各組份原料的容器放入真空感應(yīng)爐中，氬氣保護(hù)下熔煉；2).待合金全部熔化后，保溫5min ；3).取出盛有合金液的容器，放入鹽水浴中快冷1-2分鐘，得到合金錠子；4).將步驟3)得到的合金錠子在480°C下保溫退火他后空冷；330°C，擠壓比為 25 1的條件下進(jìn)行熱擠壓，得到含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金。Nd元素有改善合金鑄造性能、細(xì)化晶粒，提高合金抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)，且我國(guó)稀土資源豐富，因此Nd被廣泛用于鎂合金。采用本發(fā)明方法制備得到的合金，一部分稀土 Nd固溶于α -Mg中，另一部分稀土原子Nd與Al原子發(fā)生反應(yīng)以金屬間化合物Al-Nd相的形式析出。經(jīng)過(guò)熱擠壓后的合金組織細(xì)小，且析出化合物彌散分布在基體中。對(duì)合金性能的改善主要有三種強(qiáng)化機(jī)制一、 細(xì)晶強(qiáng)化，二、固溶強(qiáng)化，三、第二相強(qiáng)化。當(dāng)晶粒尺寸減小時(shí)，使抗變形力增加，起到了細(xì)晶強(qiáng)化作用；稀土元素Nd固溶在α -Mg基體中，由于溶質(zhì)和基體元素的彈性模量及原子半徑不同，使基體產(chǎn)生一定的晶格畸變，由此產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)將阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高合金強(qiáng)度；此外，分布在晶界或者枝晶間隙中間的Al-Nd化合物阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而起到強(qiáng)化作用，進(jìn)而提高合金強(qiáng)度。本發(fā)明采用鹽水浴快冷，由于冷卻速度快，稀土元素的偏析問(wèn)題得到解決，同時(shí)，得到的合金組織細(xì)小，對(duì)合金材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均有良好的改善作用。本發(fā)明的制備方法有如下優(yōu)點(diǎn)1.容易實(shí)施，成本低，能耗小及耗時(shí)短；2.本發(fā)明通過(guò)鹽浴快冷得到的合金顯微組織相比目前重力澆注方法制備得到的鎂合金顯微組織細(xì)小，偏析得到改善；3.擠壓后得到的棒狀合金制品，力學(xué)性能得到提高。相比于傳統(tǒng)的重力澆注鑄態(tài) Mg-5Al-3Ca-xNd(x = 0,1,2,3)合金，抗拉強(qiáng)度最大可提高觀％，屈服強(qiáng)度最大可提高約 98. 1% ；4.本發(fā)明制備方法得到的合金添加稀土 Nd元素后，改善合金性能的效果更明顯； 傳統(tǒng)的重力澆注鑄態(tài)合金添加稀土 Nd元素后，相比于未添加Nd元素合金的抗拉強(qiáng)度最大可提高僅約3. 7%，本發(fā)明得到的擠壓態(tài)合金添加稀土 Nd元素后，相比于未添加Nd元素合金的抗拉強(qiáng)度最大提高約31%。5.與傳統(tǒng)的重力澆注方法制備鎂合金相比，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，勿需制備澆注模具， 從而降低制備成本。本發(fā)明所述的鎂合金材料制備時(shí)使用的原材料為高純鎂錠其含量為> 99. 9% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)，純鋁錠其含量為> 99.9%，Mg-30Ca中間合金其含量為30%的鈣， Mg-30Nd中間合金其含量為30%的釹。


圖1為實(shí)施例1所述鎂合金(Mg-6Al_2Ca合金)的XRD圖譜；
圖2為實(shí)施例4所述鎂合金的XRD圖譜；圖3為擠壓態(tài)實(shí)施例1-5所述鎂合金的橫截面金相圖，其中(a)為實(shí)施例1 ； (b) 為實(shí)施例2 ； (c)為實(shí)施例3 ； (d)為實(shí)施例4 ； (e)為實(shí)施例5 ；圖4為擠壓態(tài)實(shí)施例1-5所述鎂合金的沿?cái)D壓方向的金相圖，其中(a)為實(shí)施例 1 ； (b)為實(shí)施例2 ； (c)為實(shí)施例3 ； (d)為實(shí)施例4 ； (e)為實(shí)施例5 ；圖5為擠壓態(tài)實(shí)施例1-5鎂合金的常溫力學(xué)性能圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例
權(quán)利要求
1.一種含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金，其特征在于變形鎂合金包括Al、Ca、Nd,各組份的質(zhì)量百分含量為Al含量為5. 5 6. 2% ； Ca含量為1. 8 2. ； Nd含量為0. 9 4. 0% ； 余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金，其特征在于所述變形鎂合金各組份的質(zhì)量百分比為Al含量為6% ； Ca含量為2% ； Nd含量為0. 9 4. 0% ； 余量為Mg。
3.權(quán)利要求1-2任一所述的變形鎂合金的制備方法，其特征在于有以下步驟1).按照權(quán)利要求1所述取各組份原料，放入容器中，將容器放入真空感應(yīng)爐中，氬氣保護(hù)下熔煉；2).待合金全部熔化后，保溫5min；3).取出盛有合金液的容器，放入鹽水浴中快冷1-2分鐘，得到合金錠子；4).將步驟幻得到的合金錠子在480°C下保溫退火他后空冷；330°C，擠壓比為25 1 的條件下進(jìn)行熱擠壓，得到含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金及制備方法，所述變形鎂合金包括Al、Ca、Nd，各組份的質(zhì)量百分含量為Al含量為5.5～6.2％；Ca含量為1.8～2.1％；Nd含量為0.9～4.0％；余量為Mg。采用本發(fā)明方法制備的含稀土釹的鎂-鋁-鈣變形鎂合金，在提高鎂合金抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，還提高了其屈服強(qiáng)度。本發(fā)明所述制備方法簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，容易實(shí)施。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102230117SQ201110218450
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者劉光瓊, 葉佳, 唐霞, 羅敏, 陳玉安, 陳軒 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)