高強韌稀土鎂合金材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金，本發(fā)明還涉及鎂合金的制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂及其合金是目前工業(yè)應用最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，由于其具有較高的比強度、比剛度，很好的電磁性、導熱性及其減震、阻尼性等性能，應用潛力巨大；但其強度不高、高溫性能較差的缺點嚴重制約了其在民用、軍工等領域的廣泛應用。
[0003]本發(fā)明屬于含Y稀土鎂合金，Y在Mg中的固溶度很高，且Mg-Y合金具有很好的時效強化能力。在此之前，國內(nèi)外對于含Y稀土鎂合金已有廣泛的研究。通過與其它合金元素的合理配比，開發(fā)了像 WE33(Mg-3% Y-2.5% Nd-0.5% Zr)、WE43(Mg-4% Y-2.25%Nd-0.5% Zr)、WE52(Mg-5% Y-2Nd_0.4% Zr)、WE54(Mg_5.1 % Y-3.2Nd_0.5% Zr)等技術成熟的含Y稀土鎂合金，并已在航空航天領域得到廣泛應用。
[0004]其中WE43具有優(yōu)異的綜合性能及高溫穩(wěn)定性，在300°C其性能保持1000h之久，300°C時的抗拉強度為150MPa?170MPa，適于250°C應用；WE52經(jīng)固溶時效處理后，屈服強度與抗拉強度分別為183MPa和255MPa左右；WE54的T6態(tài)的典型室溫屈服強度與抗拉強度分別為200MPa和275MPa。
[0005]另外，近些年國外利用快速凝固技術，通過細化晶粒和納米級彌散強化相方法開發(fā)了 Mg-Y-Zn稀土鎂合金，開發(fā)的Mg97Y2Znl合金具有很高的拉伸強度、高的高溫強度、高應變速率超塑性和高熱穩(wěn)定性，抗拉強度達到610MPa。
[0006]現(xiàn)有技術中也有通過添加稀土 Y于鎂合金中來提高合金的綜合性能，如專利號為ZL200410081258.5的中國發(fā)明專利《一種含稀土釔的高塑性鎂合金》(授權(quán)公告號為CN1297676C)，其中，Y的含量不超過2% ;還可以參考專利號為ZL200710011505.X的中國發(fā)明專利《有效利用稀土元素Y強化Mg-Zn-Y-Zr系鎂合金及制備方法》(授權(quán)公告號為CN100569976C)，其中Zn/Y滿足6?15，Ζη的含量遠大于Υ的含量，Υ含量不超過5% ;還可以參考申請?zhí)枮?01310417034.6的中國發(fā)明專利申請公開《一種高強度高韌性鎂合金及其制備工藝》(公布號為CN103498086A)，其中Υ的含量不超過1.0%。這些合金的通過稀土 Υ的加入，的確使鎂合金的抗拉強度和屈服強度得到了提高，但還不是最理想的，還有進步空間，這需要進行組合重量配比的優(yōu)化設計和大量的試驗才能創(chuàng)造性得出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述的技術現(xiàn)狀而提供一種高強韌稀土鎂合金材料。
[0008]本發(fā)明所要解決的又一個技術問題是提供一種高強韌稀土鎂合金材料的制備方法。
[0009]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種高強韌稀土鎂合金材料，其特征在于該鎂合金材料包括如下重量配比的組分:Υ為3.0?12.4%，Ζη為2.5?3.5%，Zr為 0.2 ?0.65%, Si 彡 0.03%, Fe 彡 0.05%, Ca 彡 0.03%, Cu 彡 0.01%, Ni 彡 0.005%,單個雜質(zhì)含量< 0.05%，雜質(zhì)總含量< 0.30%，其余為Mg，并且，Y元素含量大于Zn。
[0010]作為優(yōu)選，該鎂合金材料包括如下重量配比的組分:Y為11.5?12.4%，Zn為3.5%，Zr 為 0.65%，Si 彡 0.03%，F(xiàn)e 彡 0.05%，Ca 彡 0.03%，Cu 彡 0.01%，Ni 彡 0.005%，單個雜質(zhì)含量彡0.05%，雜質(zhì)總含量彡0.30%，其余為Mg。
[0011]—種高強韌稀土鎂合金材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0012]①熔煉:將Mg?Y，Mg?Zr中間合金和全部的純Mg入爐加覆蓋劑，升溫至750 °C?780 °C充分熔化，降至710 °C?730 °C后加入純Zn后攪拌，靜置30min?50min除渣加覆蓋劑，靜置lOmin?20min后澆注；
[0013]②鑄造:澆注溫度695?710 °C，鑄造速度75?85mm/min，冷卻水壓0.7?0.9X 106Pa，冷卻水流量彡15m3/h ；
[0014]③預時效:預時效固溶溫度，495°C?505°C，預時效固溶時間24h，然后鑄錠出爐水淬，繼續(xù)預時效，預時效溫度195°C?200°C，預時效時間30h?90h時效；
[0015]④熱乳:乳制溫度385°C?410°C，乳制速度100?150mm/s，總加工率> 70%，道次加工率5%?25% ；
[0016]⑤時效:時效溫度200°C，時效時間24?50h。
[0017]進一步，步驟④所述熱乳過程中進行退火處理，條件為退火溫度380?390°C，退火處理時間lh。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:鎂合金材料中加入較高含量的Y稀土元素，同時合理搭配Zn、Zr等合金元素的綜合應用，提高了合金的固溶度。通過高含量的稀土元素的添加有效提高了合金的抗拉強度、屈服強度，對合金力學性能的提高有較大貢獻。另夕卜，該系低合金化的鎂合金板材仍具有優(yōu)異綜合力學性能。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0020]實施例1:本實施例中Mg-Y-Zn-Zr合金的化學成分(wt.% )是:Υ12.4，Ζη3.45，Zr0.60，Si ( 0.03，F(xiàn)e ( 0.05，Ca ( 0.03，Cu ^ 0.01, Ni ^ 0.005，單個其他雜質(zhì)含量(0.05，雜質(zhì)總含量彡0.30，其余為Mg。本實施例中Mg-Y-Zn-Zr合金板材的制備方法按以下步驟進行:
[0021]—、按照上述合金成分稱重，熔鑄使用的原材料為高純鎂錠、純鋅錠、鎂釔中間合金、鎂鋯中間合金；
[0022]二、將重熔用Mg?Y、Mg?Zr中間合金和全部的純Mg入爐加覆蓋劑(RJ-5)，升溫至750°C充分熔化，降至730°C后加入純Zn后攪拌棒攪拌，靜置50min除渣加覆蓋劑(RJ-5)，保溫靜置lOmin后澆注。澆鑄溫度710°C，鑄造速度75?85mm/min，冷卻水壓0.8?0.9X106Pa，冷卻水流量 16.5m3/h，獲得 200mmX 300mmX 500mm 的鑄錠。
[0023]三、將鑄錠進行固溶溫度505°C X固溶時間24h+水淬+時效溫度200°C X時效時間90h時效，室溫裝爐，加熱1小時30分鐘至410°C保溫2h ；
[0024]四、熱乳工藝:開乳溫度395°C，終乳溫度385°C，乳制速度120mm/s?145mm/s，總加工率86 %，道次加工率5 %?25 % ;
[0025]五、板材中間退火工藝:退火溫度390°C X退火時間lh ;經(jīng)中間一次退火，最終獲得28mm厚板材；
[0026]六、對終乳板材進行時效溫度200°C X時效時間50h時效處理，獲得高強韌鎂合金板材，該材料測量結(jié)果:抗拉強度Rm:378MPa，屈服強度RP0.2:305MPa，延伸率A: 10%。
[0027]實施例2:本實施例中Mg-Y-Zn-Zr合金的化學成分(wt.% )是:Y11.5，Ζη3.5，Zr0.65，Si ( 0.03，F(xiàn)e ( 0.05，Ca ( 0.03，Cu ^ 0.01, Ni ^ 0.005，單個其他雜質(zhì)含量(0.05，雜質(zhì)總含量彡0.30，其余為Mg。本實施例中Mg-Y-Zn-Zr合金板材的制備方法按以下步驟進行:
[0028]—、按照上述合金成分稱重，熔鑄使用的原材料為高純鎂錠、純鋅錠、鎂釔中間合金、鎂鋯中間合金；
[0029]二、將重熔用Mg?Y、Mg?Zr中間合金和全部的純Mg入爐加覆蓋劑(RJ-5)，升溫至780°C充分熔化，降至730°C后加入純Ζη后攪拌棒攪拌，靜置30min除渣加覆蓋劑(RJ-5)，保溫靜置lOmin后澆注。澆鑄溫度705°C，鑄造速度80?85mm/min，冷卻水壓0.7?0.9X 106Pa，冷卻水流量 15m3/h，獲得 200mmX 300mmX 500mm 的鑄錠。
[0030]三、將鑄錠進行固溶溫度505°C X固溶時間24h+水淬+時效溫度200°C X時效時間90h時效，室溫裝爐，加熱1小時20分鐘至410°C保溫2h ；
[0031]四、熱乳工藝:開乳溫度400°C，終乳溫度385°C，乳制速度120mm/s?150mm/s，總加工率85 %，道次加