專利名稱：一種耐高溫稀土鎂合金的制作方法
一種耐高溫稀土鎂合金技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫稀土鎂合金。
背景技術(shù)：
鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車上應(yīng)用日益增多。汽車采用鎂合金可以減重，同時(shí)減少了尾氣排放，因此進(jìn)行鎂合金的研究開發(fā)對(duì)于節(jié)約能源、抑制環(huán)境污染有著重要意義。但是，鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性能不佳，嚴(yán)重阻礙其在航空航天、軍工、汽車及其它行業(yè)中的應(yīng)用，因此提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性能是鎂合金材料研究領(lǐng)域的重要課題。
現(xiàn)有的耐熱鎂合金主要從限制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)化晶界入手，通過適當(dāng)?shù)暮辖鸹霟岱€(wěn)定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴(kuò)散速率或者改善晶界結(jié)構(gòu)狀態(tài)和組織形態(tài)等，實(shí)現(xiàn)提高鎂合金熱強(qiáng)性和高溫蠕變抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高鎂合金耐熱性能最有效的合金元素。大部分稀土元素在鎂中具有較大的固溶度極限，而且隨溫度下降，固溶度急劇減小，可以得到較大的過飽和度，從而在隨后的時(shí)效過程中析出彌散的、高熔點(diǎn)的稀土化合物相；稀土元素還可以細(xì)化晶粒、提高室溫強(qiáng)度，而且分布在晶內(nèi)和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點(diǎn)稀土化合物，在高溫時(shí)仍能釘扎晶內(nèi)位錯(cuò)和晶界滑移，從而提高了鎂合金的高溫強(qiáng)度；同時(shí)，稀土元素在鎂基體中的擴(kuò)散速率較慢，這使得Mg-RE合金適于在較高溫度下長(zhǎng)期工作。Mg-RE (如Mg-Y系)合金是重要的耐熱鎂合金系，具有較高的高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的抗蠕變性能。當(dāng)前在200 300°C下長(zhǎng)期工作的鎂合金零部件均為Mg-RE系合金，Mg-RE系成為發(fā)展高強(qiáng)耐熱鎂合金的一個(gè)重要合金系。
目前的商業(yè)耐熱鎂合金如WE43，其存在的主要不足是耐熱性能不夠穩(wěn)定，高溫時(shí)強(qiáng)度下降較多，還不能完全滿足航空航天、軍工、汽車及其它行業(yè)在較寬的溫度范圍特別是在200°C 300°C使用時(shí)對(duì)強(qiáng)度的更高的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫稀土鎂合金，高溫性能穩(wěn)定，具有較高的高溫抗拉伸強(qiáng)度。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種耐高溫稀土鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:3% 5%Y, 0.5% 2.5%Nd, 0.5% 2.5%Sm, 0.2% l%Sb,雜質(zhì)元素S1、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。
所述Y 、Nd和Sm的質(zhì)量百分比之和為6% 7%。
所述稀土鎂合金是由Mg、Sb和中間合金Mg-Y、Mg-NcUMg-Sm為原料熔煉鑄造并經(jīng)過熱處理制成的。按組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐，在co2+sf6(體積比100:1)混合氣體保護(hù)下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時(shí)，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態(tài)鎂合金，后進(jìn)行熱處理。所述熱處理是對(duì)鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時(shí)間為8小時(shí)。所述時(shí)效處理的處理溫度為225°C，處理時(shí)間為16小時(shí)。
本發(fā)明合金組分為Mg-Y-Nd-Sm-Sb。本發(fā)明采用Y為第一組分，Y在Mg固溶體中的最大固溶度為12wt%，為保證合金得到良好的時(shí)效析出強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化效果，Y的加入量不低于3wt%，而又為了避免合金密度增加太多，以及合金過分脆化，因此本發(fā)明的Y加入量不高于5wt% ;采用輕稀土 Nd、Sm與重稀土 Y組合使用,Nd、Sm可以降低Y在Mg中的固溶度，從而增加Y的時(shí)效析出強(qiáng)化效應(yīng)；Nd、Sm在Mg中的最大固溶度分別為3.6wt%、5.7wt%，為了保證強(qiáng)化效果而又盡量降低總的稀土含量，因此本發(fā)明的Nd、Sm加入量均不高于2.5wt% ；加入少量的Sb可改善鎂合金的力學(xué)性能，Sb可細(xì)化晶粒，提高室溫強(qiáng)度，也可與Mg生成高熔點(diǎn)強(qiáng)化相Mg3Sb2,改善高溫強(qiáng)度，但Sb過量會(huì)影響鑄造性能和力學(xué)性能，因此本發(fā)明的Sb加入量不聞?dòng)趌wt% ;綜合利用稀土兀素Y、Nd、Sm和兀素Sb的強(qiáng)化作用，進(jìn)一步提聞合金的室溫和高溫強(qiáng)度。
本發(fā)明的耐高溫稀土鎂合金，組分為Mg-Y-Nd-Sm-Sb，具有較高的高溫抗拉強(qiáng)度，在300°C時(shí)，抗拉強(qiáng)度仍可達(dá)到200MPa以上，高溫性能穩(wěn)定；本發(fā)明的耐高溫稀土鎂合金與商用耐熱鎂合金WE43合金相比，具有更好的強(qiáng)度性能和更高的使用溫度，在航空航天、汽車工業(yè)、武器裝備等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明具體實(shí)施方式
中涉及到的原料鎂(Mg)、鋪(Sb),中間合金Mg-Y、Mg-Nd>Mg-Sm均為市售產(chǎn)品。所述原料的純度為99.8%的Mg，99.5%的Sb，99.8%的Mg_25%Y、Mg-20%Nd和 Mg-25%Sm。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的耐高溫稀土鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:5%Y，l%Nd, l%Sm,0.5%Sb，雜質(zhì)元素S1、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y、Nd和Sm的質(zhì)量百分比之和為7%。
本實(shí)施例的耐高溫稀土鎂合金是由Mg、Sb和中間合金Mg-Y、Mg-Nd, Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經(jīng)過熱處理制成的。按組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐，在C02+SF6混合氣體保護(hù)下熔煉，待鎂液升溫至750°C時(shí)，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-5Y-lNd-lSm-0.5Sb鑄態(tài)鎂合金，后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時(shí)，225°C等溫時(shí)效處理16小時(shí)。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的耐 高溫稀土鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:4%Y，0.5%Nd，2.5%Sm, 0.2%Sb，雜質(zhì)元素Si,Fe,Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y,Nd和Sm的質(zhì)量百分比之和為7%。
本實(shí)施例的耐高溫稀土鎂合金是由Mg、Sb和中間合金Mg-Y、Mg-Nd, Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經(jīng)過熱處理制成的。按組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐，在C02+SF6混合氣體保護(hù)下熔煉，待鎂液升溫至750°C時(shí)，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-4Y-0.5Nd-2.5Sm-0.2Sb鑄態(tài)鎂合金，后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時(shí)，225°C等溫時(shí)效處理16小時(shí)。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的耐高溫稀土鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成:3%Y，2.5%Nd，0.5%Sm, l%Sb，雜質(zhì)元素Si,Fe,Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y,Nd和Sm的質(zhì)量百分比之和為6%。
本實(shí)施例的耐高溫稀土鎂合金是由Mg、Sb和中間合金Mg-Y、Mg-Nd, Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經(jīng)過熱處理制成的。按組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐，在C02+SF6混合氣體保護(hù)下熔煉，待鎂液升溫至750°C時(shí)，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-3Y-2.5Nd-0.5Sm-lSb鑄態(tài)鎂合金，后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時(shí)，225°C等溫時(shí)效處理16小時(shí)。
實(shí)驗(yàn)例
將實(shí)施例1 3所得耐高溫稀土鎂合金進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)方法為:將實(shí)施例1 3所得耐高溫稀土鎂合金，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6397-86《金屬拉伸實(shí)驗(yàn)試樣》加工成5倍標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在日本島津AG_I250kN電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸，拉伸速率為lmm/min ；在進(jìn)行高溫拉伸時(shí)，要保溫10分鐘，再進(jìn)行拉伸。拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表I所示:
表I實(shí)施例1 3的耐高溫稀土鎂合金的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種耐高溫稀土鎂合金，其特征在于:由以下質(zhì)量百分比的組分組成:3% 5%Y，0.5% 2.5%Nd, 0.5% 2.5%Sm, 0.2% l%Sb,雜質(zhì)元素 Si,Fe,Cu 和 Ni 總量小于 0.2%,余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫稀土鎂合金，其特征在于:所述Y、Nd和Sm的質(zhì)量百分比之和為6% 7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫稀土鎂合金，其特征在于:所述稀土鎂合金是由Mg、Sb和中間合金M g-Y、Mg-NcUMg-Sm為原料熔煉鑄造并經(jīng)過熱處理制成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高溫稀土鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成3%～5%Y，0.5%～2.5%Nd，0.5%～2.5%Sm，0.2%～1%Sb，雜質(zhì)元素Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。本發(fā)明的耐高溫稀土鎂合金，高溫性能穩(wěn)定，具有較高的高溫抗拉強(qiáng)度，在300℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度仍可達(dá)到200MPa以上；本發(fā)明的耐高溫稀土鎂合金與商用耐熱鎂合金WE43合金相比，具有更好的強(qiáng)度性能和更高的使用溫度，在航空航天、汽車工業(yè)、武器裝備等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C1/03GK103146973SQ20131008222
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者張清, 李全安, 陳君, 付三玲, 朱宏喜, 張興淵 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)