專利名稱：一種Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代以來(lái)，全球掀起了鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱潮，正成為繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，世界鎂產(chǎn)業(yè)以每年15% 25%的幅度增長(zhǎng)，這在近代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。鎂合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、 交通工具、3C產(chǎn)品、紡織和印刷行業(yè)等。但是普通鎂合金的強(qiáng)度不高，特別是高溫性能很差， 從而限制了其應(yīng)用范圍。因此，具備優(yōu)良的室溫及高溫性能的超高強(qiáng)鎂合金的開(kāi)發(fā)就顯得尤為重要。稀土元素由于具有獨(dú)特的核外電子排布，在冶金、材料領(lǐng)域中有獨(dú)特的作用，具有凈化合金溶液、改善合金組織、提高合金室溫及高溫力學(xué)性能；加入Si元素不僅可以提高合金的耐蝕性能，而且會(huì)在稀土鎂合金中形成長(zhǎng)周期堆垛結(jié)構(gòu)(LPSO)，可以進(jìn)一步提高鎂合金的強(qiáng)度。因此在鎂合金領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出一系列含稀土及Si元素的鎂合金，使它們具有高強(qiáng)、耐熱、耐蝕等性能。但是，隨合金中ai元素含量增加，高強(qiáng)稀土鎂合金鑄錠易開(kāi)裂，限制了超高強(qiáng)鎂合金的鑄錠尺寸，采用現(xiàn)有技術(shù)制備的超高強(qiáng)鎂合金的鑄錠尺寸一般直徑小于 300mm，長(zhǎng)度小于ail，這就限制了超高強(qiáng)鎂合金在大型結(jié)構(gòu)件上面的應(yīng)用，制約了我國(guó)稀土鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的超高強(qiáng)鎂合金的鑄錠尺寸小的問(wèn)題，而提供一種 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠及其制備方法。一種Mg-Gd-Y-Znjr系合金大型鑄錠按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5% 11% Gd、3% 8% Y、 0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg 制備而成。一種Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、備料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% ll%Gd、3% 8%Y、0. 5% 2· 5%Zn,0. 2% 1. 0% Zr和80% 90% Mg配比材料，所述的材料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、含 Zn材料和中間合金；二、熔煉①、將步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料放入熔煉爐中，在700°C 850 0C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的純Mg錠和含Si材料完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金，并在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中間合金完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金，同時(shí)加入RJ-5溶劑，在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金完全熔化，得到熔體，④、將爐內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至730°C 820°C，并向熔體中通入經(jīng)750°C 820°C預(yù)熱過(guò)Ar氣，同時(shí)加入RJ-5溶劑進(jìn)行精煉，精煉5min 15min， 得到精煉熔體，然后在0. 01 0. 02MPa下將熔煉爐內(nèi)的精煉熔體轉(zhuǎn)入靜置爐中，在750°C 820°C下靜置80min 120min，然后降溫至680°C 725°C得到待澆鑄熔體；三、澆鑄成型 以澆鑄速度為25 50mm/min將步驟二制備的待澆鑄熔體注入鑄造機(jī)中，采用室溫的冷卻水，在冷卻水壓力0. 015MPa 0. 4MPa下冷卻成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明制備的Mg-Gd-Y-Zn-^ 系合金大型鑄錠的直徑達(dá)到 500mm,長(zhǎng)度為2500mm 3500mm ；二、對(duì)本發(fā)明制備的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠進(jìn)行成分測(cè)試、組織觀察體可知表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，通過(guò)電感耦合等離子體(ICP)成分分析法檢測(cè)本發(fā)明制備的Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型鑄錠可知雜質(zhì)含量低，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察本發(fā)明制備的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠可知無(wú)縮孔，通過(guò)ICP成分分析儀檢測(cè)可知本發(fā)明備的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠成分均勻。


圖1是試驗(yàn)一制備Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠心部至表面的成分分析圖，圖中的"■一表示MR-Ckl-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠心部至表面的Gd分析圖，圖中的Hi^表示 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠心部至表面的Y分析圖，圖中的‘表示Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠心部至表面的Si分析圖，圖中的表示Mg-Gd-Y-Zn-^ 系合金大型鑄錠心部至表面的rLx分析圖；圖2是試驗(yàn)一制備的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的光學(xué)顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型鑄錠按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg 制備而成。本實(shí)施方式制備的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠的直徑達(dá)到500mm，長(zhǎng)度為 2500mm 3500mmo具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式一種Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的制備方法， 具體是按以下步驟完成的一、備料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% ll%Gd、3% 8%Y、0. 5% 2· 5%Zn,0. 2% 1. 0% Zr和80% 90% Mg配比材料，所述的材料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、含 Zn材料和中間合金；二、熔煉①、將步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料放入熔煉爐中，在700°C 850 0C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的純Mg錠和含Si材料完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金，并在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中間合金完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金，同時(shí)加入RJ-5溶劑，在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金完全熔化，得到熔體，④、將爐內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至730°C 820°C，并向熔體中通入經(jīng)750°C 820°C預(yù)熱過(guò)Ar氣，同時(shí)加入RJ-5溶劑進(jìn)行精煉，精煉5min 15min， 得到精煉熔體，然后在0. 01 0. 02MI^下將熔煉爐內(nèi)的精煉熔體轉(zhuǎn)入靜置爐中，在750°C 820°C下靜置80min 120min，然后降溫至680°C 725°C得到待澆鑄熔體；三、澆鑄成型 以澆鑄速度為25 50mm/min將步驟二制備的待澆鑄熔體注入鑄造機(jī)中，采用室溫的冷卻水，在冷卻水壓力0. 015MPa 0. 4MPa下冷卻成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠。本實(shí)施方式制備的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的直徑達(dá)到500mm，長(zhǎng)度為 2500mm 3500mmo采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)明效果試驗(yàn)一一種Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、備料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)8. 1% Gd,3% YU% Ζη,Ο. 3% ^ 和87. 6% Mg配比材料，所述的材料為2#鎂錠、Mg-30wt% Gd中間合金、Mg-30wt% Y中間合金、1#鋅錠和Mg_25wt% Zr中間合金；二、熔煉①、將步驟一準(zhǔn)備的2#鎂錠和1#鋅錠放入熔煉爐中，在800°C、SF6 氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的2#鎂錠和1#鋅錠完全熔化，②、待①中加入的2#鎂錠和1#鋅錠完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的Mg-30Wt% Gd中間合金，并在800°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的Mg-30Wt% Gd中間合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-30Wt% Gd中間合金完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的Mg-25Wt% Zr中間合金和Mg-30Wt% Y中間合金，同時(shí)加入RJ-5溶劑，在800°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的Mg-25wt % 中間合金和Mg-30wt% Y中間合金完全熔化，得到熔體，④、將爐內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至770°C，并向熔體中通入經(jīng)770°C預(yù)熱過(guò)Ar氣，同時(shí)加入RJ-5溶劑進(jìn)行精煉，精煉5min，得到精煉熔體，然后在0. 015MPa下將熔煉爐內(nèi)的精煉熔體轉(zhuǎn)入靜置爐中，在760°C下靜置lOOmin，然后降溫至 700°C得到待澆鑄熔體；三、澆鑄成型以澆鑄速度為42mm/min將步驟二制備的待澆鑄熔體注入鑄造機(jī)中，采用室溫的冷卻水，在冷卻水壓力0. 3MPa下冷卻成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-& 系合金大型鑄錠。本試驗(yàn)制備的Mg-Gd-Y-ZnIr系合金大型鑄錠直徑為350mm，長(zhǎng)度為四40讓。利用電感耦合等離子體分析儀檢測(cè)本試驗(yàn)制備的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠的心部至表面，得到成分分析圖，如圖1所示，從結(jié)果可以看出本試驗(yàn)制備的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠的成分均勻，未發(fā)生明顯偏析，對(duì)本試驗(yàn)制備的 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠心部的ICP成分測(cè)試結(jié)果如表1所示，通過(guò)表1可知雜質(zhì)含量低。表 1
合金元素GdYZnZrFeCuSiNi含量(wt% )8. 092. 961. 000. 150. 0030. 0020. 0080. 004對(duì)本試驗(yàn)制備的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠采用光學(xué)顯微觀察，得到光學(xué)顯微組織圖，如圖2所示，通過(guò)圖2可知本試驗(yàn)制備的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠無(wú)縮孔。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同點(diǎn)是步驟一中所述的含 Zn材料為純Si錠或Mg-Zn中間合金。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
權(quán)利要求
1.一種Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型鑄錠，其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型鑄錠按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg制備而成。
2.如權(quán)利要求所述的一種Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的制備方法，其特征在于 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠是按以下步驟完成的一、備料按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和80% 90% Mg配比材料，所述的材料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、含Si 材料和中間合金；二、熔煉①、將步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料放入熔煉爐中， 在700°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的純Mg錠和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的純Mg錠和含Si材料完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金，并在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的Mg-Gd中間合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中間合金完全熔化后，加入步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金，同時(shí)加入RJ-5溶劑，在750°C 850°C、SF6氣體保護(hù)下使加入的步驟一準(zhǔn)備的中間合金和Mg-Y中間合金完全熔化，得到熔體，④、將爐內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至730°C 820°C，并向熔體中通入經(jīng)750°C 820°C預(yù)熱過(guò)Ar氣，同時(shí)加入RJ-5溶劑進(jìn)行精煉，精煉5min 15min， 得到精煉熔體，然后在0. 01 0. 02MI^下將熔煉爐內(nèi)的精煉熔體轉(zhuǎn)入靜置爐中，在750°C 820°C下靜置80min 120min，然后降溫至680°C 725°C得到待澆鑄熔體；三、澆鑄成型 以澆鑄速度為25 50mm/min將步驟二制備的待澆鑄熔體注入鑄造機(jī)中，采用室溫的冷卻水，在冷卻水壓力0. 015MPa 0. 4MPa下冷卻成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型鑄錠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型鑄錠的制備方法，其特征在于步驟一中所述的含Si材料為純Si錠或Mg-Zn中間合金。
全文摘要
一種Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型鑄錠及其制備方法，它涉及一種鎂合金及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的超高強(qiáng)鎂合金的鑄錠尺寸小的問(wèn)題。本發(fā)明鎂合金鑄錠是由Gd、Y、Zn、Zr和Mg制備而成。方法首先按質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比材料，其次采用分步熔煉的方式將配比材料全部熔煉，然后采用RJ-5溶劑進(jìn)行精煉，最后澆鑄得到大型鑄錠。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明制備的鎂合金鑄錠的直徑達(dá)到500mm，長(zhǎng)度為2500mm～3500mm；二、對(duì)本發(fā)明制備的鎂合金鑄錠表面質(zhì)量?jī)?yōu)良、雜質(zhì)含量低、無(wú)縮孔，且成分均勻。本發(fā)明主要用于制備大型Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金鑄錠。
文檔編號(hào)C22C1/06GK102392166SQ20111033139
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者喬曉光, 呂新宇, 吳昆 , 徐超, 杜玉洲, 楊樸, 池元清, 王國(guó)軍, 王曉軍, 胡小石, 鄭明毅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)