專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含Gd的鑄造鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含Gd鑄造Mg-ai-Y-&合金的制備方法及其熱處理工藝，屬于材料制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，由于其具有比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性好、易于切削加工，電磁屏蔽能力強(qiáng)、易回收、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，在通訊電子、汽車(chē)、航空航天等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Mg-Zn-Y-Zr合金是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種新型高強(qiáng)度鎂合金，其主要強(qiáng)化機(jī)制是通過(guò)合金在凝固過(guò)程中形成二十面體準(zhǔn)晶相Mg3Si6Y1來(lái)達(dá)到強(qiáng)化目的。稀土元素Y是形成準(zhǔn)晶I相必不可少的合金元素，此外，稀土元素Y還可顯著提高合金的燃點(diǎn)及增強(qiáng)熔煉過(guò)程中合金液的流動(dòng)性，但由于Y在Mg中的最大固溶度僅為3. 4wt. %，其強(qiáng)化作用非常有限。稀土元素Gd與Mg具有相同的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，且Gd在鎂合金中的最大固溶度可達(dá)14. 12wt. %,故Gd是Mg合金中非常有效的固溶強(qiáng)化元素，且添加適量稀土元素Gd可顯著細(xì)化晶粒。目前，對(duì)Mg-Zn-Y-Gd合金的研究和應(yīng)用主要集中在稀土元素Y、Gd總含量大于IOwt. %的范圍內(nèi)，但是隨著稀土價(jià)格的迅猛上漲，使Mg-Si-Y-Gd合金的成本迅速提高，嚴(yán)重限制了該合金系的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的成本高的不足，本發(fā)明提出了一種含Gd的鑄造鎂合金及其制備方法。本發(fā)明提出的含Gd的鑄造鎂合金由純ai、Mg_25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成，并且ZruYJr和Gd的重量百分比分別為 6wt. %、lwt. %,0. 6wt. %、0· 5 1. Owt. %，余量為 Mg。本發(fā)明還提出了一種制備所述含Gd的鑄造鎂合金的方法，包括以下步驟步驟1 開(kāi)爐預(yù)熱；將塊狀純ai、Mg_25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg按重量百分比稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的純Zn、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg預(yù)熱至250°C 300°C，并保溫0. 5 1.證；將成形用的模具預(yù)熱至300°C ；將坩堝預(yù)熱至350°C后取出，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉坩堝涂料；所述的鎂合金熔煉坩堝涂料是用20wt. %白堊粉、#t. %水玻璃和余量為水混合而成；將涂刷有涂料的坩堝放入熔煉爐中加溫至700°C 740°C。步驟2 制備Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；待坩堝溫度升至740°C時(shí)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Mg，并開(kāi)始通入C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣；當(dāng)Mg錠完全熔化且熔煉爐的溫度回升至750°C時(shí)，依次連續(xù)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg_25wt. % Gd中間合金，并熔化純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金；在加入過(guò)程中對(duì)依次加入了純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金的合金液進(jìn)行攪拌，得到Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液繼續(xù)升溫，當(dāng)金屬液溫度穩(wěn)定在750°C時(shí)再次對(duì)其進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻；在熔煉合金的過(guò)程中，C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣的壓力為5MPa。步驟3 制備Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液升溫至760 V 800°C，在所述Mg-Zn-Y-Gd合金金屬液中加入Mg-30wt. % ^ 中間合金，攪拌3min使ττ充分溶解，得到Mg-Si-Y-GcHr合金金屬液。步驟4 精煉；所述的精煉包括一次精煉或二次精煉，具體精煉過(guò)程是一次精煉對(duì)得到Mgjn-Y-GcUr合金金屬液降溫至740 V 760 V ；在Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液中加入該MgIn-Y-GcUr合金金屬液總重量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌；精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理，得到精煉后的Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液；二次精煉對(duì)得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液降溫至750°C ；在Mg-Zn-Y_Gd-&合金金屬液中加入該Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液總重量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌；精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；對(duì)經(jīng)過(guò)一次精煉的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置15min，并保溫在750°C，在Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液中再次加入C2Cl6精煉劑并攪拌，所述C2Cl6精煉劑的加入量與一次精煉時(shí)C2Cl6精煉劑的加入量相同；精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；得到精煉后的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。步驟5 靜置精煉后的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液；對(duì)熔煉爐加熱，使精煉后的Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液升溫至780°C 800°C并保溫靜置5min 30min ；靜置后使精煉后的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液降溫至700°C 740°C，進(jìn)行刮渣。步驟6 澆注；將預(yù)熱后的模具組合；將溫度為720°C的金屬液澆入金屬模具中并靜置5min 30min后開(kāi)模，得到成形的合金鑄錠；步驟7 :T6-熱處理；所述的熱處理采用Τ6-熱處理；所述Τ6-熱處理的具體過(guò)程是I將一個(gè)鑄錠加工成拉伸棒，將拉伸棒放置在鐵坩堝內(nèi)；鐵坩堝內(nèi)以石墨粉進(jìn)行填充并放入干燥爐中進(jìn)行干燥，干燥溫度為250°C 350°C，干燥時(shí)間3h，升溫至400°C 450°C進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為12h 36h ；II固溶處理結(jié)束后取出試棒并空冷，恢復(fù)常溫后放回?zé)崽幚頎t，升溫至250°C 300°C進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間IOh 36h ；時(shí)效處理結(jié)束后取出，放入25V 80°C的水內(nèi)進(jìn)行淬火。本發(fā)明提出一種通過(guò)添加微量稀土元素Gd固溶強(qiáng)化、優(yōu)化熔煉工藝、在C02+0. 5vol% SF6混合氣體保護(hù)金屬液的普通鑄造條件下制備出力學(xué)性能優(yōu)異的高強(qiáng)度Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金的方法，同時(shí)通過(guò)對(duì)鑄錠的熱處理進(jìn)行研究選出一種最佳熱處理工藝，使Mg-Zn-Y-Gd-^ 的綜合機(jī)械性能達(dá)到最佳。當(dāng)稀土元素Gd含量控制在0. 5wt. %時(shí)，鑄態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到276MPa，延伸率為8. 4%，稀土元素Gd含量為0. 7wt. %時(shí)，鑄態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到^OMPa，延伸率為8. 8 %，稀土元素Gd含量為1. Owt. %時(shí)，鑄態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到^5MPa，延伸率為7. 9%，對(duì)Mg-6ai-Y-0. 5Gd_0. 6Zr進(jìn)行T6-熱處理，該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到305MPa，延伸率為11. 3% ；對(duì)Mg-6ai-Y_0. 7Gd_0. 6Zr進(jìn)行T6-熱處理，該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到^8MPa，延伸率為10. 5% ；對(duì)Mg-6ai-Y_l. OGd-O. 6Zr進(jìn)行T6-熱處理，該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到^5MPa，延伸率為8. 7%。Mg-Zn-Y-Gd-Zr 合金的凝固組織為 α -Mg+ff (Mg3Zn3Y2)相 +1 相(Mg3Zn6Y1)共晶組織及少量的Mg-Gd相，稀土元素Gd在合金中起到的是替代具有相同晶格結(jié)構(gòu)的基體Mg通過(guò)固溶強(qiáng)化形成點(diǎn)陣畸變?cè)黾游诲e(cuò)密度達(dá)到強(qiáng)化合金的力學(xué)性能。在凝固過(guò)程中，冷卻速度較快，合金是在非平衡條件下發(fā)生凝固，高熔點(diǎn)元素Y，Gd，Zr在基體α -Mg中不能充分溶解而被排出，幾乎不固溶在基體內(nèi)部，主要集中在晶界。隨著溫度的降低和稀土元素Y，Gd 的大量析出，Mg，Zn, Y的重量百分比逐漸接近于W相配比，剩下的熔體達(dá)到共晶成分點(diǎn)后， 立即以共晶組織的形式凝固，從而使金屬液中開(kāi)始析出共晶組織α-Mg和W相。在W相形成的后期，部分液相會(huì)和W相發(fā)生包晶反應(yīng)生成準(zhǔn)晶I相及少量的Mg-Gd相。準(zhǔn)晶I相由于高強(qiáng)度和不易發(fā)生滑移的特性，使其鎂合金達(dá)到有效的增強(qiáng)，從而使制備的合金具有較高的綜合力學(xué)性能。選用C2Cl6作為精煉劑，含量為合金總量的0.5wt. %。合金熔煉過(guò)程選用 C02+0. 5vol % SF6混合氣體作為氣體保護(hù)劑，能夠有效防止合金在熔煉過(guò)程中氧化。本發(fā)明是在Mg-ai-Y-&合金基礎(chǔ)上，添加微量稀土元素Gd，通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高合金的機(jī)械性能，同時(shí)還有效縮減了成本。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是一種Mg-6ai-lY_0. 5Gd_0. 6Zr合金的鑄造鎂合金及其制備方法。所述的含Gd的鑄造鎂合金由純Zn、Mg_25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成，并且ZruYJr和Gd的重量百分比分別為 6wt. %、lwt. %,0. 6wt. %,0. 5wt. %，余量為 Mg。本實(shí)施例所述的含Gd的鑄造鎂合金的制備方法包括以下步驟步驟1 開(kāi)爐預(yù)熱。將塊狀的純&i、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg按重量百分比稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的純ai、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg置于井式電阻爐里預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300°C，并保溫1. 5h ；對(duì)成形用的模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300°C ； 所述的成形模具用45#鋼制成；將坩堝放入熔煉爐內(nèi)預(yù)熱至350°C后取出，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉坩堝涂料；所述的鎂合金熔煉通用的坩堝涂料采用20wt. %白堊粉、#t. %水玻璃和余量為水混合的涂料；將涂刷有涂料的坩堝放入熔煉爐中加溫至740°C。步驟2 制備Mg-Si-Y-Gd合金金屬液。待坩堝溫度升至740 V時(shí)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Mg，并開(kāi)始通入C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣；當(dāng)Mg錠完全熔化且熔煉爐的溫度回升至 750°C時(shí)，依次連續(xù)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg_25wt. % Gd合金， 并熔化純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金；在加入過(guò)程中對(duì)依次加入了純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金的合金液進(jìn)行攪拌，使所述的合金液成分均勻，得到Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液繼續(xù)升溫，當(dāng)金屬液溫度穩(wěn)定在750°c時(shí)再次對(duì)其進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻；在熔煉合金的過(guò)程中，C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣的壓力為5MPa。步驟3 制備Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液升溫至780°C，在所述Mg-Si-Y-Gd合金金屬液中加入Mg-30wt. % ^ 中間合金，攪拌!Min使rLr 充分溶解，得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液。步驟4 精煉。所述的精煉為一次精煉，具體精煉過(guò)程是對(duì)得到Mg-ai-Y-Gd-a 合金金屬液降溫至750°c ；在Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液中加入該Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液總量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌；利用C2Cl6精煉劑對(duì)Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間為3min，精煉后刮渣處理；靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗細(xì)化； 吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理，得到精煉后的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。步驟5 靜置精煉后的Mg-Zn-Y-Gd-^合金金屬液。對(duì)熔煉爐加熱，使精煉后的Mgjn-Y-GcUr合金金屬液升溫至780°C并保溫靜置15min ；靜置后使精煉后的 Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液降溫至720°C，進(jìn)行刮渣。步驟6 澆注。將預(yù)熱后的模具組合；將溫度為720°C的金屬液澆入金屬模具中并靜置IOmin后開(kāi)模，得到成形的合金鑄錠。步驟7 :T6-熱處理。所述的熱處理采用Τ6-熱處理，所述Τ6-熱處理的具體過(guò)程是I將一個(gè)鑄錠加工成拉伸棒，將拉伸棒放置在鐵坩堝內(nèi)；鐵坩堝內(nèi)以石墨粉進(jìn)行填充并放入干燥爐中進(jìn)行干燥，干燥溫度為300°C，干燥時(shí)間3h，升溫至450°C條件下進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間控制在Mh。II固溶處理結(jié)束后取出試棒并空冷，恢復(fù)常溫后放回?zé)崽幚頎t，升溫至250°C進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間16h ；時(shí)效處理結(jié)束后取出，放入80°C的水內(nèi)進(jìn)行淬火。對(duì)得到的合金鑄棒進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明該合金抗拉強(qiáng)度為276MPa，延伸率為8. 4%。對(duì)經(jīng)過(guò)T6-熱處理的合金鑄棒進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)T6-熱處理， 該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到305MPa，延伸率為11. 3%。實(shí)施例二本實(shí)施例是一種Mg-6ai-lY_0. 7Gd_0. 6Zr合金的鑄造鎂合金及其制備方法。所述的含Gd的鑄造鎂合金由純Zn、Mg_25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成，并且ZruYJr和Gd的重量百分比分別為 6wt. %Uwt. %,0. 6wt. %,0. 7wt. %，余量為 Mg。本實(shí)施例所述的含Gd的鑄造鎂合金的制備方法包括以下步驟步驟1 開(kāi)爐預(yù)熱。將塊狀的純&i、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg按重量百分比稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的純ai、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg置于井式電阻爐里預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250°C，并保溫1. Oh ；同時(shí)對(duì)成形用的模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300°C，所述的成形模具用45#鋼制成；將坩堝放入熔煉爐內(nèi)預(yù)熱至350°C后取出，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉坩堝涂料；所述的鎂合金熔煉通用的坩堝涂料采用20wt. %白堊粉、4wt. %水玻璃和余量為水混合的涂料；將涂刷有涂料的坩堝放入熔煉爐中加溫至720°C。步驟2 制備Mg-Si-Y-Gd合金金屬液。待坩堝溫度升至740 V時(shí)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Mg，并開(kāi)始通入C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣；當(dāng)Mg錠完全熔化且熔煉爐的溫度回升至 750°C時(shí)，依次連續(xù)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg_25wt. % Gd中間合金，并熔化純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金；在加入過(guò)程中對(duì)依次加入了純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd合金的合金液進(jìn)行攪拌，使所述的合金液成分均勻，得到Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液繼續(xù)升溫，當(dāng)金屬液溫度穩(wěn)定在750°C時(shí)再次對(duì)其進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻；在熔煉合金的過(guò)程中，C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣的壓力為5MPa。步驟3 制備Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液升溫至760°C;在所述Mg-Zn-Y-Gd合金金屬液中加入Mg-30wt. % Zr中間合金；攪拌!Min使& 充分溶解，得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液。步驟4 精煉；所述的精煉為二次精煉，具體精煉過(guò)程是對(duì)得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液降溫至750°C ；在Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液中加入0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌；精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar 氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；對(duì)經(jīng)過(guò)一次精煉的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置15min，并保溫在750°C，在Mg-Zn-Y-GcUr合金金屬液中再次加入C2Cl6精煉劑并攪拌，所述C2Cl6精煉劑的加入量與一次精煉時(shí)C2Cl6精煉劑的加入量相同；精煉時(shí)間為:3min ； 精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-Si-Y-Gd-^ 合金金屬液靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；得到精煉后的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液；步驟5 靜置精煉后的Mg-Zn-Y-Gd-^合金金屬液。對(duì)熔煉爐加熱，使精煉后的Mgjn-Y-GcUr合金金屬液升溫至780°C并保溫靜置5min ；靜置后使精煉后的 Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液降溫至700°C，進(jìn)行刮渣。步驟6 澆注。將預(yù)熱后的模具組合；將溫度為700°C的金屬液澆入金屬模具中并靜置5min后開(kāi)模，得到成形的合金鑄錠。步驟7 :T6-熱處理。所述的熱處理采用Τ6-熱處理，所述Τ6-熱處理的具體過(guò)程是I將一個(gè)鑄錠加工成拉伸棒，將拉伸棒放置在鐵坩堝內(nèi)；鐵坩堝內(nèi)以石墨粉進(jìn)行填充并放入干燥爐中進(jìn)行干燥；干燥溫度為250°C，干燥時(shí)間3h，升溫至400°C條件下進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間控制在12h。II固溶處理結(jié)束后取出試棒并空冷，恢復(fù)常溫后放回?zé)崽幚頎t，升溫至200°C進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間IOh ；時(shí)效處理結(jié)束后取出，放入25°C的水內(nèi)進(jìn)行淬火。對(duì)該成分的合金鑄態(tài)試樣進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明該合金抗拉強(qiáng)度為 280MPa,延伸率為8. 8%。對(duì)經(jīng)過(guò)T6-熱處理的合金鑄棒進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明經(jīng)過(guò) T6-熱處理，該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到^8MPa，延伸率為10. 5%。實(shí)施例三本實(shí)施例是一種Mg-6ai-lY_l. OGd-O. 6Zr合金的鑄造鎂合金及其制備方法。
所述的含Gd的鑄造鎂合金包括Zn、Y、Zr、Gd和Mg，并且Zn、Y、Zr和Gd的重量百分比分別為 6wt. %Uwt. %,0. 6wt. %U. Owt. %，余量為 Mg。所述的含Gd的鑄造鎂合金由純Zn、Mg_25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成，并且ZruYJr和Gd的重量百分比分別為 6wt. %Uwt. %,0. 6wt. %Λ. Owt. %，余量為 Mg。本實(shí)施例所述的含Gd的鑄造鎂合金的制備方法包括以下步驟步驟1 開(kāi)爐預(yù)熱。將塊狀的純&i、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg_30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg按重量百分比稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的純ai、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg置于井式電阻爐里預(yù)熱，預(yù)熱溫度為275°C，并保溫0. 5h ；對(duì)成形用的模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300°C， 所述的成形模具用45#鋼制成；將坩堝放入熔煉爐內(nèi)預(yù)熱至350°C后取出，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉坩堝涂料；所述的鎂合金熔煉通用的坩堝涂料采用20wt. %白堊粉、#t. %水玻璃和余量為水混合的涂料；將涂刷有涂料的坩堝放入熔煉爐中加溫至700°C。步驟2 制備Mg-Si-Y-Gd合金金屬液。待坩堝溫度升至740 V時(shí)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Mg，并開(kāi)始通入C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣；當(dāng)Mg錠完全熔化且熔煉爐的溫度回升至 750°C時(shí)，依次連續(xù)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg_25wt. % Gd中間合金，并熔化純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金；在加入過(guò)程中對(duì)依次加入了純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金的合金液進(jìn)行攪拌， 使所述的合金液成分均勻，得到Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液繼續(xù)升溫，當(dāng)金屬液溫度穩(wěn)定在750°C時(shí)再次對(duì)其進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻；在熔煉合金的過(guò)程中，C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣的壓力為5MPa。步驟3 制備Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液升溫至800°C ；在所述Mg-Zn-Y-Gd合金金屬液中加入Mg_30wt. % Zr中間合金，攪拌!Bmin使rLr 充分溶解，得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液。步驟4 精煉。所述的精煉為一次精煉，具體精煉過(guò)程是對(duì)得到Mg-ai-Y-Gd-a 合金金屬液降溫至760°c ；在Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液中加入該Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液總量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌；利用C2Cl6精煉劑對(duì)Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗細(xì)化； 吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理，得到精煉后的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液。步驟5 靜置精煉后的Mg-Zn-Y-Gd-^合金金屬液。對(duì)熔煉爐加熱，使精煉后的Mgjn-Y-GcUr合金金屬液升溫至780°C并保溫靜置30min ；靜置后使精煉后的 Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液降溫至740°C，進(jìn)行刮渣。步驟6 澆注。將預(yù)熱后的模具組合；將溫度為740°C的金屬液澆入金屬模具中并靜置30min后開(kāi)模，得到成形的合金鑄錠。步驟7 :T6-熱處理。所述的熱處理采用Τ6-熱處理，所述Τ6-熱處理的具體過(guò)程是I將一個(gè)鑄錠加工成拉伸棒，將拉伸棒放置在鐵坩堝內(nèi)；鐵坩堝內(nèi)以石墨粉進(jìn)行填充并放入干燥爐中進(jìn)行干燥，干燥溫度為350°C，干燥時(shí)間3h，升溫至500°C條件下進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間控制在36h。II固溶處理結(jié)束后取出試棒并空冷，恢復(fù)常溫后放回?zé)崽幚頎t，升溫至300°C進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間36h ；時(shí)效處理結(jié)束后取出，放入50°C的水內(nèi)淬火。對(duì)該成分的合金鑄態(tài)試樣進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明該合金抗拉強(qiáng)度為 265MPa,延伸率為7. 9%。對(duì)經(jīng)過(guò)T6-熱處理的合金鑄棒進(jìn)行力學(xué)性能分析，結(jié)果表明經(jīng)過(guò) T6-熱處理，該合金抗拉強(qiáng)度為^5MPa，延伸率為8. 7%。
權(quán)利要求
1.一種含Gd的鑄造鎂合金，其特征在于，所述的含Gd的鑄造鎂合金由純Si、 Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % Zr中間合金、Mg_25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成,并且Zn、Y、Zr和Gd的重量百分比分別為6wt. %Uwt. %,0. 6wt. %、0. 5 1. Owt. %, 余量為Mg。
2.一種制備權(quán)利要求1所述含Gd的鑄造鎂合金的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1 開(kāi)爐預(yù)熱；將塊狀純Zn、Mg-25wt. % Y中間合金、Mg-30wt. % ^ 中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg按重量百分比稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的純Zn、Mg-25wt. % Y 中間合金、Mg-30wt. % Zr中間合金、Mg-25wt. % Gd中間合金和工業(yè)純Mg預(yù)熱至250°C 300°C，并保溫0.5 1. ；將成形用的模具預(yù)熱至300°C;將坩堝預(yù)熱至350°C后取出，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉坩堝涂料；所述的鎂合金熔煉坩堝涂料是用20wt. %白堊粉、#t. % 水玻璃和余量為水混合而成；將涂刷有涂料的坩堝放入熔煉爐中加溫至700°C 740V ；步驟2 制備Mg-Si-Y-Gd合金金屬液；待坩堝溫度升至740°C時(shí)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Mg， 并開(kāi)始通入C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣；當(dāng)Mg錠完全熔化且熔煉爐的溫度回升至750°C 時(shí)，依次連續(xù)加入經(jīng)過(guò)預(yù)熱的純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金， 并熔化純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金；在加入過(guò)程中對(duì)依次加入了純Si錠、Mg-25wt. % Y中間合金及Mg-25wt. % Gd中間合金的合金液進(jìn)行攪拌，得到 Mg-Zn-Y-Gd合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液繼續(xù)升溫，當(dāng)金屬液溫度穩(wěn)定在 750°C時(shí)再次對(duì)其進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻；在熔煉合金的過(guò)程中，C02+0. 5vol% SF6混合保護(hù)氣的壓力為5MPa ；步驟3 制備Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液；對(duì)得到的Mg-Si-Y-Gd合金金屬液升溫至 760°C 800°C，在所述Mg-Si-Y-Gd合金金屬液中加入Mg_30wt. % Zr中間合金，攪拌!Bmin 使ττ充分溶解，得到Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液；步驟4 精煉；所述的精煉包括一次精煉或二次精煉，具體精煉過(guò)程是 一次精煉對(duì)得到Mg-ai-Y-Gd-a 合金金屬液降溫至740°C 760°C ；在Mg-ai-Y-Gd-& 合金金屬液中加入該Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液總重量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌； 精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗細(xì)化；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理，得到精煉后的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液；二次精煉對(duì)得到Mgjn-Y-GcUr合金金屬液降溫至750 °C ；在Mgjn-Y-Gdjr合金金屬液中加入該Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液總重量0. 5wt. %的C2Cl6精煉劑并攪拌； 精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液靜置 5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；對(duì)經(jīng)過(guò)一次精煉的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置15min，并保溫在750°C，在 Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液中再次加入C2Cl6精煉劑并攪拌，所述C2Cl6精煉劑的加入量與一次精煉時(shí)C2Cl6精煉劑的加入量相同；精煉時(shí)間為:3min ；精煉后刮渣處理；將添加有精煉劑的Mg-Si-Y-GcUr合金金屬液靜置5min后通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗^iin ；吹洗用Ar 氣的壓力為2 3MPa ；吹洗的同時(shí)刮渣處理；得到精煉后的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液；步驟5 靜置精煉后的Mg-Zn-Y-GcHr合金金屬液；對(duì)熔煉爐加熱，使精煉后的 Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金屬液升溫至780°C 800°C并保溫靜置5min 30min ；靜置后使精煉后的Mg-ai-Y-Gd-&合金金屬液降溫至700°C 740°C，進(jìn)行刮渣；步驟6 澆注；將預(yù)熱后的模具組合；將溫度為720°C的金屬液澆入金屬模具中并靜置 5min 30min后開(kāi)模，得到成形的合金鑄錠；步驟7 :T6-熱處理；所述的熱處理采用Τ6-熱處理；所述Τ6-熱處理的具體過(guò)程是 I將一個(gè)鑄錠加工成拉伸棒，將拉伸棒放置在鐵坩堝內(nèi)；鐵坩堝內(nèi)以石墨粉進(jìn)行填充并放入干燥爐中進(jìn)行干燥，干燥溫度為250°C 350°C，干燥時(shí)間3h，升溫至400°C 450°C 進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為12h 36h ；II固溶處理結(jié)束后取出試棒并空冷，恢復(fù)常溫后放回?zé)崽幚頎t，升溫至250°C 300°C 進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間IOh 36h ；時(shí)效處理結(jié)束后取出，放入25°C 80°C的水內(nèi)進(jìn)行淬火。
全文摘要
一種含Gd的鑄造鎂合金及其制備方法。所述的含Gd的鑄造鎂合金由純Zn、Mg-25wt.％Y中間合金、Mg-30wt.％Zr中間合金、Mg-25wt.％Gd中間合金和工業(yè)純Mg組成，并且Zn、Y、Zr和Gd的重量百分比分別為6wt.％、1wt.％、0.6wt.％、0.5～1.0wt.％，余量為Mg。本發(fā)明通過(guò)添加微量稀土元素Gd固溶強(qiáng)化，優(yōu)化熔煉工藝，并在CO2+0.5vol％SF6混合氣體保護(hù)金屬液的普通鑄造條件下制備Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金，同時(shí)通過(guò)對(duì)鑄錠的進(jìn)行熱處理，使Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金鑄棒的抗拉強(qiáng)度達(dá)到285MPa，延伸率為8.7％，提高了合金的機(jī)械性能，有效降低了成本。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102560211SQ20121003437
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者呂文泉, 李俊杰, 王志軍, 王錦程 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)