Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其熱處理方法；所述鎂合金包含如下重量百分比含量的各組分：Zn3.0～6.0％，RE0.5～2.5％，Nd0.2～0.5％，Zr0.3～0.7％，雜質(zhì)≤0.15％，余量為Mg；熱處理時(shí)，將所述鎂合金鑄件進(jìn)行一級(jí)時(shí)效處理，SO2氣氛下保溫，空冷至室溫；進(jìn)行二級(jí)時(shí)效處理，SO2氣氛下保溫，空冷至室溫，即可。本發(fā)明通過添加微量的Nd元素來(lái)增強(qiáng)合金的固溶強(qiáng)化效果，可避免高固溶溫度給鎂合金造成的晶粒長(zhǎng)大、氧化燃燒以及時(shí)效硬化能力缺失等不良影響，同時(shí)能獲得形貌良好、尺寸細(xì)小及分布均勻的析出相，顯著提高合金力學(xué)性能，能滿足航空航天及國(guó)防軍事領(lǐng)域的需求。
【專利說(shuō)明】Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的鎂合金及其熱處理方法，具體涉及一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)航空航天、武器裝備領(lǐng)域而言，結(jié)構(gòu)減重和結(jié)構(gòu)承載與功能一體化是發(fā)展的重要方向。材料減重帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和性能的改善十分顯著，比如商用飛機(jī)與汽車減重相同重量帶來(lái)的燃油費(fèi)用節(jié)省，前者是后者的近100倍；而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)用節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍，更重要的是機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、抗震性能優(yōu)良和切削加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，是一種在航空航天和國(guó)防軍事領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料。其中，Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金因其較好的高溫性能以及優(yōu)良的鑄造和焊接性能，被廣泛應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件、變速箱配套機(jī)匣等鑄件。[0003]Mg-Zn-RE-Zr系鑄造鎂合金中稀土元素通常以混合稀土的形式添加，而混合稀土中主含的鑭、鈰元素在鎂中的溶解度極低，在凝固過程中主要以共晶相的形式在晶界析出，鎂基體中固溶的鑭、鈰元素很少，因此，合金受固溶強(qiáng)化的作用很小。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，Nd元素在鎂中的固溶度較大,最大可達(dá)3.6%。Z.L.Ning等在《Materialsand Design)) 2010 年第 31 卷第 9 期 4438 ~4444 頁(yè)上發(fā)表的 Effects of Nd onmicrostructures and properties at the elevated temperature of a Mg-0.3Zn-0.32Zralloy研究了不同Nd含量對(duì)Mg-0.3Zn_0.32Zr鎂合金鑄態(tài)組織的影響，結(jié)果表明，當(dāng)Nd含量少于0.84%時(shí),鑄態(tài)組織僅由α-Mg組成，Nd和Zn元素全部溶入基體中。因此,在Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金中添加微量的Nd元素可以確保Nd基本溶入鎂基體中而不在晶界析出，從而增強(qiáng)了固溶強(qiáng)化的效果，提高合金的室溫力學(xué)性能。
[0004]航天器和武器裝備對(duì)零部件的機(jī)械性能要求通常較高，鑄態(tài)鎂合金一股無(wú)法滿足這一高的性能標(biāo)準(zhǔn)。目前，航天器和武器裝備使用的鎂合金多采用Τ6熱處理(即固溶+時(shí)效處理)來(lái)強(qiáng)化合金，使其能夠滿足航空航天和國(guó)防軍事工業(yè)的性能要求。然而對(duì)于Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，由于其組織中存在高熔點(diǎn)的Mg-Zn-RE三元共晶相，即使通過固溶處理也難以完全消除；同時(shí)，高的固溶處理溫度極易導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大和樣品氧化燃燒；并且在申請(qǐng)者的前期研究中還發(fā)現(xiàn)，高溫處理甚至?xí)购辖饐适Ш罄m(xù)時(shí)效強(qiáng)化的能力。因此，Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理因盡量避免高溫的固溶處理過程。
[0005]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，針對(duì)Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法比較單一，如在樊東黎等編著的《熱處理技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)》(北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006)中，鑄造Mg-(3.5 ~5.0)Ζη- (0.7 ~1.7) RE-Zr (wt.% )合金的熱處理方法僅限于 325°C X (5 ~8)h，且該狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度和延伸率標(biāo)準(zhǔn)分別為220MPa和4.0%。顯然，傳統(tǒng)熱處理方法對(duì)鑄造Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金力學(xué)性能的改善并不能使其滿足航空航天和國(guó)防軍事領(lǐng)域不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。因此，要實(shí)現(xiàn)Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金在航天器和武器裝備上的大量應(yīng)用，很有必要探索一種能夠有效提高鑄造Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金力學(xué)性能的熱處理方法，并且簡(jiǎn)單便捷，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其熱處理方法；本發(fā)明能夠提高M(jìn)g-Zn-RE-Zr系鎂合金的室溫力學(xué)性能，推進(jìn)該系鎂合金在航空航天及國(guó)防軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]第一方面，本發(fā)明涉及一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包含如下重量百分比含量的各組分(wt.% ):
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，其特征在于，所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包含如下重量百分比含量的各組分:
2.—種如權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法,其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟I，將Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金鑄件進(jìn)行一級(jí)時(shí)效處理，在SO2保護(hù)氣氛下保溫，然后于室溫空氣中冷卻至室溫； 步驟2，將經(jīng)一級(jí)時(shí)效處理后的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金鑄件進(jìn)行二級(jí)時(shí)效處理，在SO2保護(hù)氣氛下保溫，再于室溫空氣中冷卻至室溫，即可。
3.如權(quán)利要求2所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法，其特征在于，步驟I中，所述一級(jí)時(shí)效處理溫度為300°C~325°C。
4.如權(quán)利要求2所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法，其特征在于，步驟I中，所述保溫時(shí)間為2~4小時(shí)。
5.如權(quán)利要求2所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法，其特征在于，步驟2中，所述二級(jí)時(shí)效處理溫度為175°C~200°C。
6.如權(quán)利要求2所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的熱處理方法，其特征在于，步驟2中，所述保溫時(shí)間為10~16小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C23/04GK103911535SQ201410117582
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王穎東, 吳國(guó)華, 張亮, 劉文才, 龐松, 丁文江 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)