一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及變形鎂合金，它的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)為：4.5～6.5％Gd，1.5～3.5％Ymm，1.5～2.5％Zn，0.3～0.5%Zr，余量為Mg。制備時(shí)，先加入爐料中的全部純鎂錠、純鋅錠，待其全部熔化并升溫至730～750℃精煉，在坩堝內(nèi)液面撒5號(hào)熔劑，攪拌后靜置；當(dāng)合金液繼續(xù)升溫至780～800℃時(shí)，分批加入預(yù)熱后的Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金、Mg-Ymm中間合金，再攪拌、靜置；降溫后澆注成熱變形加工用的鑄坯；鑄坯經(jīng)固溶后再加熱至350-450℃后，進(jìn)行熱塑性成形加工。本發(fā)明所述的鎂合金具有良好強(qiáng)韌性的力學(xué)性能和變形加工性能，并具備較好的耐熱性能。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鎂合金及其制造技術(shù)，尤其涉及一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制造方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車、航空航天、軌道交通、建筑、軍工等高端結(jié)構(gòu)面臨減輕結(jié)構(gòu)重量的巨大壓力。 鋁合金已難于進(jìn)一步大幅度的減重；成層材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等的高低溫性能不佳、不 導(dǎo)電、損傷容限性能低、成本高，只適于制造部分的原型結(jié)構(gòu)。普通鎂合金也很難滿足高端 結(jié)構(gòu)需要，普通鎂合金室溫強(qiáng)度偏低、高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能也較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明所述的一種變形鎂合金，它的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)為：4. 5?6. 5% Gd，1. 5 ?3. 5% Ymm，1. 5 ?2. 5% Ζη，0· 3 ?0· 5%Zr，余量為 Mg。
[0005] Y和Gd在鎂固溶體中具有較高固溶度，且其固溶度隨溫度的降低而呈指數(shù)關(guān)系顯 著減小，這意味著Mg-Gd-Y系合金系可以通過(guò)熱處理獲得沉淀強(qiáng)化效果。在Mg-Gd-Y的基 礎(chǔ)上進(jìn)一步多元合金化，可獲得優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能及耐熱性能以及良好的塑性 和耐腐蝕性。在稀土-鎂合金系中加入微量的Zn可以提高合金的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效 果，從而進(jìn)一步改善合金的性能。
[0006] 鎂合金熔煉配料需要將稀土元素?zé)龘p考慮進(jìn)去，并在熔煉時(shí)降低燒損，降低雜質(zhì) 元素污染，加強(qiáng)合金液凈化操作。稀土鎂合金對(duì)雜質(zhì)的敏感性比常規(guī)鎂合金更高，稀土與雜 質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成高密度化合物并沉淀，雖然能使材料純凈化，但造成稀土元素急劇損耗。對(duì) 原材料的有害雜質(zhì)元素適當(dāng)限制，使用雜質(zhì)元素含量低的原材料。本發(fā)明所述的變形鎂合 金中雜質(zhì)元素總量彡0. 2%，雜質(zhì)中：Si彡0. 05%、Fe彡0. 004%、Cu彡0. 01%、Ni彡0 .00 2 %。
[0007] 作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述的變形鎂合金的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì) 為：88. 6% Mg，6% Gd，3% Ymm，2% Zn，0. 4%Zr。
[0008] 本發(fā)明所述的變形鎂合金的制造方法，包括： 步驟一，先將鎂合金熔化爐加熱到400?500°C，加入爐料中的全部純鎂錠、純鋅錠， 待其全部熔化并升溫至730?750°C精煉，為了預(yù)防升溫過(guò)程鎂合金的氧化、燃燒和吸收潮 氣，在坩堝內(nèi)液面撒占爐料質(zhì)量為〇. 5-1. 0%的5號(hào)熔劑，5號(hào)熔劑的成分為 20-35%MgCl2, 16-29%KC1, 8-12%BaCl2, 14-23%MgF2, 14-23%CaF2，并上下攪拌 5 ?8 分鐘 后靜置5?10分鐘。所述的爐料是指純鎂錠、純鋅錠和Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金， Mg-Ymm中間合金，純鎂錠、純鋅錠是指爐料中除以中間合金形態(tài)的鎂外全部純金屬錠，其占 總合金質(zhì)量百分比不固定，這與步驟二中采用的中間合金成分有關(guān)。采用含一定量的鉻元 素的鋼板焊接坩堝，熔煉工藝規(guī)定先將純鎂錠精煉后，升溫較高的溫度后再分批攪拌加入 鋯及稀土元素的中間合金，以較快的熔化速盡量縮短熔化時(shí)間。
[0009] 步驟二，當(dāng)合金液繼續(xù)升溫至780?800°C時(shí)，清除表面浮渣，用預(yù)熱的鐘罩分批 將預(yù)熱至250?300°C的Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金，Mg-Ymm中間合金用熔煉工具壓 入坩堝中合金液并沿水平方向移動(dòng)鐘罩，使之全部溶解后，再攪拌1?2分鐘后靜置。高溫 加中間合金能避免大密度元素或其化合物的沉淀?yè)p耗。
[0010] 步驟三，靜置期間將合金液的溫度逐步降低到710-730°c后，用合金液泵通過(guò)管道 輸送到半連鑄機(jī)的結(jié)晶器內(nèi)，澆注成熱變形加工用的鑄坯。
[0011] 可以采用鑄鐵模澆注或電磁半連鑄獲得更高質(zhì)量的鑄坯鑄造組織是由樹(shù)枝狀晶、 晶界共晶和晶內(nèi)分布的析出物呈孤島狀?；w相為溶有Gd、Y、Nd、Zn等的α-Mg相，晶界 和晶內(nèi)分布的析出物為Mg5 (Gd，Y)和Mg24 (Y，Gd) 5或更復(fù)雜的化合物等。在基體中均勻分 布有凝固過(guò)程析出0. 3-2微米的高熔點(diǎn)稀土化合物顆粒。這類顆粒一般熔點(diǎn)較高具有良好 的熱力學(xué)穩(wěn)定性所以在合金凝固過(guò)程中不溶于鎂基體。在高溫彌散相能阻止位錯(cuò)的移動(dòng)保 持了合金的高溫強(qiáng)度。晶界網(wǎng)狀共晶相使鑄造性能明顯改善，特別是在Mg-Gd-Y系極易出 現(xiàn)的鑄錠開(kāi)裂缺陷消失，鑄坯料良品率顯著提高。
[0012] 步驟四，將鑄坯在400-460°C、保溫8-12小時(shí)后取出，空冷至室溫，固溶處理的鑄 坯再加熱至350-450°C后實(shí)施熱塑性成形加工。也可以在取出后進(jìn)行多道次熱軋，制造鎂合 金板材。
[0013] 均勻化或固溶處理工藝主要保障坯料成分均勻化和更易于實(shí)施熱塑性成形加工。 固溶處理宜先較低溫度保溫，以利于共晶先行溶解，尤其是避免發(fā)生過(guò)燒，然后升溫到高溫 段加熱保溫，確保合金成分均勻化，并使鑄造偏析和鑄造過(guò)剩相全部溶解，高熔點(diǎn)相顆粒適 當(dāng)粗化和球化，為熱塑性成形性并獲得細(xì)小均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織創(chuàng)造條件。熱處理工藝 還需要促進(jìn)顆粒相形成尺寸略大于0. 75微米、間距約為2-10微米。硬質(zhì)點(diǎn)在熱變形時(shí)能隨 軟性且連續(xù)a-基體"流動(dòng)，既不影響熱變形的塑性，同時(shí)促進(jìn)位錯(cuò)繁殖和促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶， 并阻止晶粒再結(jié)晶長(zhǎng)大。在隨后的時(shí)效過(guò)程，促進(jìn)時(shí)效峰的出現(xiàn)。特別是本發(fā)明的高溫過(guò)飽 和析出相包含一定量的的準(zhǔn)晶相，準(zhǔn)晶與基體變形時(shí)協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，不會(huì)在相界面開(kāi)裂，既可 提高強(qiáng)度、又有好的塑性，尤其是對(duì)組織的高溫穩(wěn)定性有利，有助于高溫蠕變性能改善。越 大和越薄制品一般選擇較高的溫度。
[0014] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，熔化爐加熱到450°C，分別加入全部的純鎂錠和純鋅錠，并 在上面撒0. 8%的5號(hào)熔劑，升溫至750°C后，用5號(hào)熔劑攪拌精煉6分鐘、靜置8分鐘并 升溫至790°C，攪拌加入預(yù)熱至300°C，分批加入Mg-30%Zr中間合金、Mg-40%Gd中間合金， Mg-30%Ymm中間合金后，鎂合金液靜置并降溫到720°C，用半連鑄機(jī)澆注成熱變形加工用的 鑄坯。
[0015] 本發(fā)明所述的方法中，利用Ymm富釔混合稀土使稀土元素多元化，以降低稀土元 素的使用量，在保持其有良好的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度的同時(shí)，使熱塑性變形工藝性能得到 改善，采用多種工藝制造熱強(qiáng)性能好的鎂合金制品。
[0016] 通過(guò)上述步驟制造的鎂合金通過(guò)一定的工藝過(guò)程配比適當(dāng)?shù)谋壤逆V、釓、富Y 混合稀土、鋅、及鋯元素，并且經(jīng)過(guò)精煉和鑄造，從而得到具有良好強(qiáng)韌性的力學(xué)性能和變 形加工性能，并具備較好的耐熱性能。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明所述的Ymm代表富釔混合稀土，各家生產(chǎn)商的產(chǎn)品成分略有差別，本發(fā)明 以下實(shí)施例中選用的 Ymm 的成分為：26. 20%Y，16. 89%Nd，15. 30%Gd，14. 56%Dy，10. 54%La，余 量為Ce、Pr、Ho、Er等稀土元素。
[0018] 實(shí)施例1 : 鎂合金1包含下列組分的元素

【權(quán)利要求】
1. 一種變形鎂合金，其特征在于：它的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì)為：4. 5?6. 5% Gd， 1. 5 ?3. 5% Ymm，1. 5 ?2. 5% Ζη，0· 3 ?0· 5%Zr，余量為 Mg。
2. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的變形鎂合金，其特征在于：它的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計(jì) 為：88. 6% Mg，6% Gd，3% Ymm，2% Zn，0. 4%Zr。
3. 如權(quán)利要求書(shū)1或2所述的變形鎂合金的制造方法，其特征在于包括： 步驟一，先將鎂合金熔化爐加熱到400?500°C，加入爐料中的全部純鎂錠、純鋅錠，待 其全部熔化并升溫至730?750°C精煉，在坩堝內(nèi)液面撒占爐料質(zhì)量為0. 5-1. 0%的5號(hào)熔 齊U，并上下攪拌5?8分鐘后靜置5?10分鐘； 步驟二，當(dāng)合金液繼續(xù)升溫至780?800°C時(shí)，用預(yù)熱的鐘罩分批將預(yù)熱至250? 300°C的Mg-Zr中間合金、Mg-Gd中間合金、Mg-Ymm中間合金用熔煉工具壓入坩堝中合金液 并沿水平方向移動(dòng)鐘罩，使之全部溶解后，再攪拌1?2分鐘后靜置； 步驟三，靜置期間將合金液的溫度逐步降低到710-730°C后，用合金液泵通過(guò)管道輸送 到半連鑄機(jī)的結(jié)晶器內(nèi)，澆注成熱變形加工用的鑄坯； 步驟四，將鑄坯在400-460°C、保溫8-12小時(shí)后取出，空冷至室溫，固溶處理的鑄坯再 加熱至350-450°C后，進(jìn)行熱塑性成形加工。
4. 如權(quán)利要求書(shū)3所述的變形鎂合金制造方法，其特征在于：熔化爐加熱到450°C，分 別加入全部的純鎂錠和純鋅錠，并在上面撒0. 8%的5號(hào)熔劑，升溫至750°C后，用5號(hào)熔劑 攪拌精煉6分鐘、靜置8分鐘并升溫至790°C，攪拌加入預(yù)熱至300°C，分批加入Mg-30%Zr 中間合金、Mg-40%Gd中間合金，Mg-30%Ymm中間合金后，鎂合金液靜置并降溫到720°C，用半 連鑄機(jī)澆注成熱變形加工用的鑄坯。
【文檔編號(hào)】C22C23/06GK104195397SQ201410455627
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李華倫, 樊世波, 王澤曉 申請(qǐng)人:山西銀光華盛鎂業(yè)股份有限公司