專利名稱：一種中強韌稀土耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種中強韌稀土耐熱鎂合金。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度輕、比強度和比剛度高、易回收等優(yōu)點，在汽車、通訊電子、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但鎂合金的高溫力學(xué)性能較差。當溫度升高時，其強度和抗蠕變性能往往大幅下降，因此難以作為高溫長時間使用的零部件。目前，國內(nèi)外有關(guān)耐熱和高流動性鎂合金的研究主要集中在Mg-Al系合金，占壓鑄鎂合金總量的90%以上。但該系合金組織中的主要強化相β -Mg17Al12熔點僅為437°C，熱穩(wěn)定性較差，在高于120°C時開始發(fā)生軟化和粗化，不能有效釘扎晶界及抑制高溫晶界區(qū)滑動，導(dǎo)致合金高溫強度低和抗蠕變性能差，其零件不適合在高于120°C的環(huán)境中工作。研究表明，在Mg-Al系合金中添加稀土 RE，添加的RE元素優(yōu)先與Al相結(jié)合生成高熱穩(wěn)定性的Al-RE相，有效抑制低熔點b-Mg17Al12相的析出，同時能細化組織，因此RE的添加能有效改善Mg-Al合金組織和提高高溫性能及抗螺變性能,從而開發(fā)出新型高性能Mg-Al-RE系耐熱鎂合金，擴大鎂合金的應(yīng)用范圍。CN 200810057360.X名稱為“一種含Nd耐熱鎂合金及其制備方法”的發(fā)明專利公開了通過在Mg-Al合金中添加高稀土 Nd含量(5.5飛.5%)，析出高熱穩(wěn)定性的Al2Nd強化相(熔點為1500°C)，完全消耗過飽和的固溶Al，減少蠕變過程中析出的b-Mg17Al12相，從而提高其高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能。該發(fā)明的Mg-(5.5飛.5)Α1-(3.5飛.5)Nd合金在175°C時的抗拉強度和延伸率分別為149 157MPa和24 28%，在150°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?.9 2.4%οCN 200810 042784.9名稱為“含Ca和重稀土 Gd的壓鑄耐熱鎂合金及其制備方法”的發(fā)明專利公開了通過在Mg-Al合金中復(fù)合添加稀土Gd和堿土金屬Ca，同時析出高熱穩(wěn)定性的Al2Gd和Al2Ca強化相(熔點分別為1523°C和1079°C )，有效抑制b_Mg17Al12相的析出，從而提高其高溫力學(xué)性能。該發(fā)明的Mg-(3 8)Al-(0.Γ3.0)Gd-(0.1 3.0)Ca-(0 0.5)Mn合金的壓鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為225 247MPa和5.Γ6.3%，在200°C時的抗拉強度和延伸率分別為183 205MPa和9.5 11.6%，在150°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?.02 0.04%，在200°C、70MPa和IOOh條件下的總?cè)渥兞繛?.09 0.20%。上述兩專利分別通過單獨添加Nd或復(fù)合添加Gd和Ca來提高Mg-Al系合金的高溫力學(xué)性能，但添加的Nd價格較貴，Ca的添加將導(dǎo)致熱裂傾向變嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服Mg-Al合金的耐熱性能不足，提供一種中強韌稀土耐熱鎂
I=1-Wl O本發(fā)明所述耐熱鎂合金的組分及其重量百分比為:A1 3.(Γ7.0%，Sm 0.5^3.0%和Zn 0.3 1.0%，余量為 Mg。
本發(fā)明所述最佳的耐熱鎂合金的組分及其重量百分比為:A1 6.0%，Sm 1.0%和Zn
0.6%，余量為Mg。Al是耐熱鎂合金中最主要的合金元素，在Mg中的最大固溶度達12.7%。當Al含量< 10%時，隨著Al含量的增加，合金的抗拉強度逐漸提高，而延伸率先提高后下降。研究表明，含有5飛%A1的Mg-Al系合金具有最佳的強度和塑性組合。b-Mg17Al12相在高溫下易發(fā)生軟化和粗化，不能有效釘扎晶界，高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能較差，而b-Mg17Al12相隨著Al含量的增加而增多，所以Al含量選擇為3.(Γ7.0%。Sm屬于輕稀土元素，價格較Nd便宜，是耐熱鎂合金中常用的合金元素之一，在Mg中的最大固溶度達5.88%。加入Mg-Al合金中生成高熱穩(wěn)定性的Al2Sm相(熔點為1500°C)，有效抑制低熔點b-Mg17Al12相的析出，從而提高其高溫力學(xué)性能和抗蠕變性能。研究表明，Mg-Al系合金加入1.5%Sm后的組織與力學(xué)性能達到最好。所以Sm含量選擇為0.5^3.0%。Zn也是鎂合金中常用的特征元素，其對鎂合金的影響僅次于Al。Zn通常與Al結(jié)合用于增加Al在Mg中的固溶度，提高Al的固溶強化作用，有較強的沉淀強化作用。在合金中，Al/Zn比是值得重視的一個參數(shù)。研究表明，當Al含量〈8%時，隨著Zn含量的增加，抗拉強度提高，但是延伸率下降；當Zn含量〈1%時，合金處于可鑄造區(qū)，所以Zn含量選擇為
0.3 1.0%。本發(fā)明以3.(Γ7.0%A1作為基本成分，加入0.5^3.0%Sm形成小塊狀高熱穩(wěn)定性Al2Sm相，有效抑制低熔點b-Mg17Al12相的析出，且成彌散分布，提高其高溫力學(xué)性能；加入
0.3^1.0%Ζη后，添加的Zn主要固溶于a_Mg基體和b_Mg17Al12相中，提高其高溫力學(xué)性能(見圖1和2)。合理的熔鑄方法可有效地保證稀土元素的溶解和減少其燒損。通過合理的壓鑄方法(模具溫度、壓射時間等)，在較快的冷卻速度條件下，晶粒明顯細化，第二相顆粒被有效地破碎、細化(見圖4和5)，起到彌散強化合金基體和釘扎晶界的作用，有效阻礙高溫晶界滑移。因此本發(fā)明的Mg-Al-Sm-Zn合金呈現(xiàn)中等強韌性和優(yōu)良的流動性能，可拓寬Mg-Al系耐熱鎂合金在軌道交通、汽車、運動器械、3C等領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1是實施例2的鑄態(tài)光學(xué)顯微組織照片。圖2是實施例2的鑄態(tài)掃描顯微組織照片。圖3是實施例2的鑄態(tài)XRD譜。圖4是 實施例2的壓鑄態(tài)光學(xué)顯微組織照片。圖5是實施例2的壓鑄態(tài)掃描顯微組織照片。
具體實施例方式本發(fā)明所述耐熱鎂合金的熔鑄方法:在0)2和0.2vol%SFjg合氣體保護下，待工業(yè)純Mg熔化后升溫至730°C，每隔5min依次將工業(yè)純Al、Mg-30%Sm中間合金和工業(yè)純Bi加入熔體中；在Ih內(nèi)攪拌熔體兩次；然后加入JDMJ型精煉劑攪拌后升溫至750°C，靜置30min ；最后待熔體溫度冷卻至715°C，除渣后澆入預(yù)熱溫度為250°C的Y型金屬型模具中，凝固成鑄態(tài)試樣。熔體澆入預(yù)熱溫度為350°C的螺旋型金屬型模具(型腔截面l(T8mm2)中，凝固成鑄態(tài)流動性試樣。熔體分別快速壓入預(yù)熱溫度為250°C的壓鑄力學(xué)性能模具和壓鑄流動性模具(型腔截面R5mm的半圓)中，凝固成壓鑄態(tài)力學(xué)性能試樣和流動性試樣。結(jié)合本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容提供以下三個實施例和兩個對比例，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述三個實施例。實施例1
合金成分的重量百分比為=Al 3.0%，Sm 0.5%和Zn 0.3%，余量為Mg。實施例1的鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為205MPa和10.0%，150°C的抗拉強度和延伸率分別為168MPa和18.5%，鑄態(tài)流動長度為300mm。實施例2
合金成分的重量百分比為=Al 6.0%，Sm 1.0%和Zn 0.6%，余量為Mg。實施例2的鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為235MPa和16.0%，150°C的抗拉強度和延伸率分別為171MPa和20.0%，鑄態(tài)流動長度為320mm ;壓鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為275MPa和14.0%，壓鑄態(tài)流動長度為2300mm。實施例3
合金成分的重量百分比為=Al 7.0%，Sm 3.0%和Zn 1.0%，余量為Mg。實施例3的鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為225MPa和9.5%，150°C的抗拉強度和延伸率分別為168MPa和23.0%，鑄態(tài)流動長度為290mm。對比例I AZ61合金，合金成分的重量百分比為:A1 6.0%和Zn 1.0%，余量為Mg。對比例I的鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為205MPa和5.5%，150°C的抗拉強度和延伸率分別為HOMPa和6.5%，鑄態(tài)流動長度為165mm。對比例2
AZ91D合金，合金成分的重量百分比為:A1 9.0%和Zn 1.0%，余量為Mg。對比例2的鑄態(tài)流動長度為330mm，壓鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為210MPa和2.5%，壓鑄態(tài)流動長度為2450mm。本發(fā)明的實施例和對比例的流動性能和拉伸力學(xué)性能列于表I中。
表I實施例和對比例的流動性能和拉伸力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種中強韌稀土耐熱鎂合金，其特征是由以下組分和重量百分比組成:A1.3.0 7.0%, Sm 0.5 3.0% 和 Zn 0.3 1.0%,余量為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱鎂合金，其特征是由以下組分和重量百分比組成:A1.6.0%, Sm 1.0% 和 Zn 0.6%,余量為 Mg。
全文摘要
一種中強韌稀土耐熱鎂合金，其特征是由以下組分和重量百分比組成Al3.0~7.0%，Sm0.5~3.0%和Zn0.3~1.0%，余量為Mg。本發(fā)明的鎂合金鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為235MPa和16.0%，150℃時的抗拉強度和延伸率分別為171MPa和20.0%，相同條件下對比AZ61合金，室溫抗拉強度和延伸率分別提高14.6%和190%，150℃時的抗拉強度和延伸率分別提高22.1%和207%，鑄態(tài)流動性能與AZ91D合金相當。壓鑄態(tài)室溫抗拉強度和延伸率分別為275MPa和14.5%，壓鑄態(tài)流動性能略低于AZ91D合金。它是一種低成本中強韌稀土耐熱鎂合金，尤其是高溫性能較優(yōu)異的耐熱鎂合金，適用于軌道交通、汽車、運動器械、3C等行業(yè)。
文檔編號C22C23/02GK103215481SQ20131013344
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者戚文軍, 黃正華, 周楠, 蔡暢, 徐靜, 李濤 申請人:廣州有色金屬研究院