本發(fā)明屬于有色金屬材料及其加工，尤其涉及一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展與能源環(huán)境挑戰(zhàn)的加劇，汽車輕量化成為緩解能耗與排放壓力的關(guān)鍵途徑之一，這極大地推動(dòng)了鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)程。然而，傳統(tǒng)鎂合金因強(qiáng)度低及耐熱性較差，限制了其大規(guī)模工程化應(yīng)用。稀土(re)元素可有效提高鎂合金室溫和高溫強(qiáng)度。目前開發(fā)的mg-gd(-y-zn)-zr合金具有較好的強(qiáng)度和耐熱性，其憑借較強(qiáng)的時(shí)效硬化效果和優(yōu)異的力學(xué)性能成為了高性能鎂合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此類合金中，高強(qiáng)的mg-10gd-5.7y-1.6zn-0.7zr(wt％)合金，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到542mpa，屈服強(qiáng)度達(dá)到473mpa。高強(qiáng)的mg-11.7gd-4.5y-1nd-1.5zn-0.5zr(wt％)變形合金，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到547mpa，屈服強(qiáng)度達(dá)到502mpa。但該合金體系中稀土含量較高(≥12wt％)，會(huì)導(dǎo)致合金密度和成本顯著增加，違背了鎂合金輕量化與成本控制的初衷。因此，如何在保持或提升性能的同時(shí)，有效降低稀土含量，成為了高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金研發(fā)亟需突破的瓶頸。

2、研究表明，當(dāng)兩種不同的稀土元素同時(shí)加入鎂合金中時(shí)，兩者相互降低在鎂基體中的固溶度，并優(yōu)化彼此的時(shí)效析出行為，這種協(xié)同效應(yīng)極大地增強(qiáng)了合金的時(shí)效強(qiáng)化效果。例如，mg-8gd-1er-0.5zr(wt％)合金通過軋制及時(shí)效處理后，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到560mpa，屈服強(qiáng)度達(dá)到518mpa。其力學(xué)性能高于其他高稀土含量的傳統(tǒng)鎂合金，但是其超大變形量軋制工藝很難商業(yè)化。

3、我國(guó)輕稀土儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于重稀土，但大部分輕稀土未得到有效利用，開發(fā)輕重稀土復(fù)合強(qiáng)化合金能夠提高輕稀土的利用率，同時(shí)顯著減少對(duì)價(jià)格較高的重稀土的依賴，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)稀土資源的有效和合理利用具有重要意義。基于上述，本發(fā)明提出一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制備方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，包括以下質(zhì)量百分比的組分：gd?8.0～9.0％，la?0～1.0％，zn?1.0～1.5％，zr?0.4～0.6％，不可避免雜質(zhì)≤0.011％，余量為mg。

4、進(jìn)一步的，所述不可避免雜質(zhì)包括fe、cu、si和ni，各雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比分別為：fe≤0.005％，cu≤0.0005％，si≤0.005％，ni≤0.0005％。

5、進(jìn)一步的，包括以下質(zhì)量百分比的組分：gd?8.0％，la?0.75％，zn?1.2％，zr0.5％，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。

6、一種上述所述的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

7、步驟1、原料準(zhǔn)備：去除鎂錠(mg)、鋅錠(zn)、釓源(gd)、鑭源(la)和鋯源(zr)表面的氧化層，按照配比稱取原料并將原料預(yù)熱至200～300℃；

8、步驟2、合金熔煉：加熱坩堝，當(dāng)溫度達(dá)到550℃時(shí)，加入鎂錠并通入保護(hù)氣體，防止氧化；待鎂錠熔化后，繼續(xù)升溫至730～740℃，并依次加入鋅錠、釓源和鑭源，待加入的原料熔化后，清除熔體表面浮渣，攪拌10～20min；進(jìn)一步升溫至760～780℃，加入鋯源，待鋯源熔化后，加入6號(hào)熔劑并保溫10min；

9、步驟3、除氫精煉：將溫度降至750℃，通入氬氣，持續(xù)時(shí)間為30s；通氣結(jié)束后，邊攪拌邊加入精煉劑，直至精煉劑完全融入熔體后，靜置50～60min；

10、步驟4、出爐澆鑄：靜置結(jié)束后，降溫至720～740℃，并再次清除熔體表面浮渣，然后將熔體澆入水冷鋼制模具中，得到合金鑄棒；

11、步驟5、擠壓加工：通過車削去除合金鑄棒表面的氧化層，并進(jìn)行擠壓加工，擠壓參數(shù)為：擠壓溫度為340℃，保溫時(shí)間為70～100min，擠壓比為17.64，擠壓速度為0.1～0.2mm/s；擠壓模具在擠壓前在擠壓溫度下保溫至少40min；最終得到高強(qiáng)耐熱變形鎂合金。

12、進(jìn)一步的，所述步驟1中，釓源為含釓20％的鎂釓中間合金，鑭源為含鑭20％的鎂鑭中間合金，鋯源為含鋯30％的鎂鋯中間合金。

13、進(jìn)一步的，所述步驟2中，保護(hù)氣體是由sf6與co2按體積比1:200混合而成的氣體。

14、進(jìn)一步的，所述步驟2中，6號(hào)熔劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的產(chǎn)品，可以通過商購(gòu)獲得。6號(hào)熔劑的加入量為各原料總質(zhì)量的1.0～1.5％；6號(hào)熔劑包括以下質(zhì)量百分比的組分：kcl?54～56％，bacl214～16％，nacl?1.5～2.5％，cacl227～29％。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，以輕稀土鑭和重稀土釓為主要合金元素，一方面，稀土可以提高過冷度，有助于細(xì)化晶粒，從而有效改善鑄態(tài)合金的塑性，有利于后續(xù)的擠壓變形；另一方面，同時(shí)在鎂基體中加入來自不同族的稀土元素，可以降低彼此在鎂基體中的固溶度，更好地發(fā)揮第二相強(qiáng)化效果，同時(shí)降低稀土的含量，從而降低制備成本。

17、2、本發(fā)明在鑄造過程中形成了具有相對(duì)高熔點(diǎn)和良好熱穩(wěn)定性的金屬間化合物，如mg3(gd，la)和mg12(gd，la)，這些熱穩(wěn)定性良好的第二相能夠在高溫條件下有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑動(dòng)，從而顯著提升合金的力學(xué)性能及耐熱性能。

18、3、本發(fā)明中經(jīng)組分優(yōu)化后的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能：25℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為406mpa，屈服強(qiáng)度為398mpa，延伸率為5.5％；200℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為372mpa，屈服強(qiáng)度為342mpa，延伸率為7.1％；250℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為325mpa，屈服強(qiáng)度為301mpa，延伸率為17.6％。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的組分：gd?8.0～9.0％，la?0～1.0％，zn?1.0～1.5％，zr?0.4～0.6％，不可避免雜質(zhì)≤0.011％，余量為mg。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其特征在于，所述不可避免雜質(zhì)包括fe、cu、si和ni，各雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比分別為：fe≤0.005％，cu≤0.0005％，si≤0.005％，ni≤0.0005％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的組分：gd?8.0％，la?0.75％，zn?1.2％，zr?0.5％，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1～3任一所述的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，釓源為含釓20％的鎂釓中間合金，鑭源為含鑭20％的鎂鑭中間合金，鋯源為含鋯30％的鎂鋯中間合金。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，保護(hù)氣體是由sf6與co2按體積比1:200混合而成的氣體。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，6號(hào)熔劑的加入量為各原料總質(zhì)量的1.0～1.5％；6號(hào)熔劑包括以下質(zhì)量百分比的組分：kcl?54～56％，bacl214～16％，nacl?1.5～2.5％，cacl227～29％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于有色金屬材料及其加工技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金及其制備方法。本發(fā)明通過復(fù)合添加釓和鑭兩種輕重稀土元素，降低了它們?cè)阪V基體中的固溶度，強(qiáng)化了晶粒細(xì)化和第二相強(qiáng)化的效果，減少了稀土的用量以降低成本。在鑄造過程中形成的具有高熔點(diǎn)和良好熱穩(wěn)定性的金屬間化合物，能顯著提高合金的力學(xué)性能和耐熱性能。經(jīng)組分優(yōu)化后的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能：25℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為406MPa，屈服強(qiáng)度為398MPa，延伸率為5.5％；200℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為372MPa，屈服強(qiáng)度為342MPa，延伸率為7.1％；250℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為325MPa，屈服強(qiáng)度為301MPa，延伸率為17.6％。

技術(shù)研發(fā)人員：李柏順,王海東,楊強(qiáng),王毅,劉輝,趙世喆,賈坤寧,張曉慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春工程學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30