本發(fā)明涉及鎂合金領(lǐng)域，特別涉及一種含稀土超高強(qiáng)耐高溫鎂合金。

背景技術(shù)：

鎂合金是目前可用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強(qiáng)度和高比剛度、阻尼減振性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在航空、航天及汽車工業(yè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前鎂合金的應(yīng)用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于鋁合金，原因包括：高稀土含量的高強(qiáng)耐熱鎂合金大錠坯在半連續(xù)鑄造過(guò)程中易產(chǎn)生嚴(yán)重開(kāi)裂，表面冷隔嚴(yán)重，導(dǎo)致可制備的鑄錠規(guī)格及最終構(gòu)件尺寸受限；高溫強(qiáng)度偏低，難以滿足高溫服役需求；加工塑性差，成品合格率低等。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的mg-gd-y-zr系合金室溫及高溫強(qiáng)度高于mg-zn-zr系和mg-al-zn系，但其鑄造性能及塑性加工性能都差，難以滿足航空航天領(lǐng)域在制備大尺寸構(gòu)件中對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)材料的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超高強(qiáng)耐高溫鎂合金。合金質(zhì)量百分比成分為：gd：8.0-9.6%，y：1.8-3.2%，gd含量與y含量的比值為：3≤gd/y≤5，zr：0.3-0.7%，ag：0.02-0.5%，er：0.02-0.3%，ag含量與er含量的比值為：1≤ag/er≤3，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni等不可避免的雜質(zhì)元素，其中fe≤0.02%，si≤0.02%，cu≤0.005%，ni≤0.003%，雜質(zhì)總含量不超過(guò)0.1%，其余為mg。

所述合金成分gd的質(zhì)量百分比為8.5-9.6%。

所述合金成分y的質(zhì)量百分比為2.0-3.0%。

所述合金成分gd與y的比值為：3.5≤gd/y≤4.5。

所述合金成分zr的質(zhì)量百分比為0.3-0.5%。

所述合金成分ag的質(zhì)量百分比為0.02-0.4%。

所述合金成分ag的質(zhì)量百分比為0.02-0.3%。

所述合金成分er的質(zhì)量百分比為0.02-0.2%。

所述合金成分ag與er的比值為：1.5≤ag/er≤2.5。

所述雜質(zhì)總含量不超過(guò)0.05%。

在鎂合金中添加gd、y等稀土元素，經(jīng)過(guò)時(shí)效熱處理，合金分解出熱穩(wěn)定性高的β＇相，可提高合金的高溫強(qiáng)度。然而當(dāng)稀土元素含量較高時(shí)，合金鑄造性能急劇下降、大尺寸錠坯開(kāi)裂嚴(yán)重，同時(shí)加工塑性降低，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率極低。

本發(fā)明將合金中g(shù)d含量與y含量的比值gd/y控制在3-5之間，其作用在于：y有提高鎂合金高溫強(qiáng)度的作用，y含量過(guò)低，會(huì)使合金的高溫強(qiáng)度下降；y含量過(guò)高，合金中形成的mg24y5相數(shù)量增多、尺寸變大，該相與基體結(jié)合力弱，導(dǎo)致合金在熱加工過(guò)程中熱塑性降低、產(chǎn)生開(kāi)裂。將gd/y控制在3-5之間，可保證合金既有高的高溫強(qiáng)度，又具有良好的熱加工塑性。

本發(fā)明在mg-gd-y-zr合金中添加ag，其作用包含以下幾點(diǎn)：

1.添加0.02-0.5%ag可顯著降低mg-gd-y-zr合金的熔點(diǎn)，提高鑄造時(shí)合金熔體的流動(dòng)性。一方面，熔體流動(dòng)性增加使結(jié)晶器內(nèi)熔體溫度場(chǎng)不均勻性減小，減少大錠坯在半連續(xù)鑄造過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力，有效防止鑄錠的開(kāi)裂；另一方面，熔體流動(dòng)性增加減少鑄錠表面冷隔數(shù)量及冷隔深度，提高鑄錠表面質(zhì)量，提高錠坯合格率。

2.添加0.02-0.5%ag，可顯著細(xì)化mg-gd-y-zr合金中的β＇相，使其分布更彌散均勻，提高合金的時(shí)效強(qiáng)化效果。

本發(fā)明在mg-gd-y-zr合金中添加er，其作用是：mg-gd-y-zr合金熱塑性變形多在400-530℃的高溫下進(jìn)行，ag的添加增強(qiáng)合金的動(dòng)態(tài)分解，降低合金固溶體中稀土元素的含量，在合金中添加0.02-0.3%er，可以抵消ag對(duì)動(dòng)態(tài)分解的促進(jìn)作用，保證變形后合金固溶體中稀土元素含量較高，在后續(xù)時(shí)效過(guò)程中獲得強(qiáng)的時(shí)效強(qiáng)化效果。

ag和er的添加量對(duì)mg-gd-y-zr合金性能影響很關(guān)鍵。ag含量過(guò)高會(huì)降低gd、y在鎂合金中的溶解度，導(dǎo)致合金均勻化處理后殘留大量共晶組織，加工塑形變差；er含量>0.3%時(shí)，時(shí)效形成的β′強(qiáng)化相會(huì)被粗化，降低合金的時(shí)效強(qiáng)化效果；將ag含量和er含量的比例控制在1-3之間，合金同時(shí)具有良好的加工塑性和時(shí)效強(qiáng)化效果。

通過(guò)加入少量ag和er，使合金的鑄造性能、加工性能和時(shí)效強(qiáng)化效果大幅改善，可制備大尺寸規(guī)格的構(gòu)件，提高合格率以及合金的室溫和高溫力學(xué)性能?？芍苽涑鲋睆?00-630mm、長(zhǎng)≥2000mm的大規(guī)格高品質(zhì)鑄錠，并通過(guò)集成塑性變形技術(shù)制備出外徑達(dá)1700mm的大尺寸各向異性小的殼體構(gòu)件，該合金成品在t6態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度≥470mpa，屈服強(qiáng)度≥400mpa，斷后伸長(zhǎng)率≥5%；200℃抗拉強(qiáng)度≥350mpa，屈服強(qiáng)度≥260mpa，斷后伸長(zhǎng)率≥7%。

采用相同的制備方法，適量添加ag和er、并保證1≤ag/er≤3、3≤gd/y≤5的mg-gd-y-zr-ag-er合金比無(wú)ag與er的合金合格率由不超過(guò)50%提高至70%以上；制備的最大錠坯直徑由400mm提高至630mm、制備的最大環(huán)形構(gòu)件直徑由700mm提高至1700mm；合金室溫屈服強(qiáng)度提高10-15%、200℃時(shí)屈服強(qiáng)度提高30-40%。

采用相同的制備方法，gd含量與y含量的比值滿足3≤gd/y≤5的mg-gd-y-zr-ag-er合金比gd/y＜3的合金產(chǎn)品合格率、室溫強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度顯著提高。

采用相同的制備方法，gd含量與y含量的比值滿足3≤gd/y≤5的mg-gd-y-zr-ag-er合金比gd/y＞5的合金室溫強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度顯著提高。

采用相同的制備方法，適量添加ag和er、并保證1≤ag/er≤3的mg-gd-y-zr-ag-er合金比ag/er＞3的合金產(chǎn)品合格率、室溫強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度顯著提高。

采用相同的制備方法，適量添加ag和er、并保證1≤ag/er≤3的mg-gd-y-zr-ag-er合金比ag/er＜1的合金室溫強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度顯著提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中實(shí)施例4合金透射電子顯微組織形貌。

圖2是本發(fā)明中對(duì)比例1合金透射電子顯微組織形貌。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9.0%，y：2.5%，zr：0.4%，ag：0.07%，er：0.04%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.0015%，si：0.0025%，cu：0.0006%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.03%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑450mm、長(zhǎng)2700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為81%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例2

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9.5%，y：2.2%，zr：0.5%，ag：0.1%，er：0.05%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.0026%，si：0.0022%，cu：0.002%，ni：0.001%，雜質(zhì)總含量為0.014%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑450mm、長(zhǎng)1650mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為71%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例3

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.5%，y：2.3%，zr：0.4%，ag：0.5%，er：0.2%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.0018%，si：0.002%，cu：0.001%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.025%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑450mm、長(zhǎng)1700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為70%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例4

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.8%，y：2.2%，zr：0.3%，ag：0.3%，er：0.2%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.0016%，si：0.003%，cu：0.002%，ni：0.001%，雜質(zhì)總含量為0.03%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑630mm、長(zhǎng)1700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為75%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，其透射電子顯微組織見(jiàn)附圖1，可見(jiàn)其內(nèi)部強(qiáng)化相細(xì)小彌散，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例5

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9%，y：2%，zr：0.5%，ag：0.2%，er：0.1%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.003%，si：0.001%，cu：0.003%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.04%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑630mm、長(zhǎng)1700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為82%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例6

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.9%，y：2.5%，zr：0.4%，ag：0.15%，er：0.07%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.001%，si：0.002%，cu：0.004%，ni：0.001%，雜質(zhì)總含量為0.025%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑630mm、長(zhǎng)1700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為78%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

實(shí)施例7

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.9%，y：2.5%，zr：0.5%，ag：0.05%，er：0.03%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.002%，si：0.004%，cu：0.001%，ni：0.003%，雜質(zhì)總含量為0.03%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑630mm、長(zhǎng)1700mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，殼體產(chǎn)品最終合格率為70%，成品直徑為1700mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

比較例1：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.5%，y：2.7%，zr：0.4%，雜質(zhì)有fe、si、cu、ni，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.001%，si：0.002%，cu：0.003%，ni：0.001%，雜質(zhì)總含量為0.04%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑400mm、長(zhǎng)2000mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，產(chǎn)品合格率為40%，殼體成品直徑為1200mm，時(shí)效處理后，其透射電子顯微組織見(jiàn)附圖2，可見(jiàn)其β＇相較實(shí)施例4中更加粗大，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？煽闯?，比較例1鎂合金中未添加ag、er元素，其最大鑄錠尺寸、最大產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品合格率、室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均明顯低于實(shí)施例1-7。

比較例2：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：8.5%，y：3.2%，zr：0.4%，ag：0.5%，er：0.18%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.003%，si：0.002%，cu：0.004%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.02%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑400mm、長(zhǎng)2000mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，產(chǎn)品合格率為35%，殼體成品直徑為1200mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？煽闯觯容^例2鎂合金產(chǎn)品合格率、室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均明顯低于實(shí)施例1-7。

比較例3：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9.5%，y：1.8%，zr：0.4%，ag：0.5%，er：0.18%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.003%，si：0.004%，cu：0.001%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.02%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑600mm、長(zhǎng)2000mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，產(chǎn)品合格率為75%，殼體成品直徑為1200mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？煽闯?，比較例3鎂合金室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均明顯低于實(shí)施例1-7。

比較例4：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9.5%，y：1.8%，zr：0.4%，ag：0.5%，er：0.1%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.003%，si：0.002%，cu：0.004%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.02%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑600mm、長(zhǎng)2000mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，產(chǎn)品合格率為40%，殼體成品直徑為1200mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？煽闯?，比較例4鎂合金產(chǎn)品合格率、室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均明顯低于實(shí)施例1-7。

比較例5：

鎂合金的化學(xué)成分為：gd：9.5%，y：1.8%，zr：0.4%，ag：0.15%，er：0.3%，雜質(zhì)包括fe、si、cu、ni，fe：0.004%，si：0.001%，cu：0.003%，ni：0.002%，雜質(zhì)總含量為0.02%，其余為mg。用半連續(xù)鑄造法制備出鎂合金鑄錠，鑄錠尺寸為直徑400mm、長(zhǎng)2000mm，經(jīng)均勻化退火和塑性變形后制得成品，產(chǎn)品合格率為73%，殼體成品直徑為1200mm，時(shí)效處理后，做室溫和200℃拉伸試驗(yàn)，得到抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？煽闯觯容^例5鎂合金室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均明顯低于實(shí)施例1-7。

表1實(shí)施例合金力學(xué)性能

表2對(duì)比例合金力學(xué)性能