專利名稱：一種低稀土高強耐熱鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料及冶金技術領域，涉及一種低稀土高強耐熱鎂合金及其制備方法。
背景技術：
鎂合金是最輕的實用金屬材料，密度僅為1. 35 1. 8g/cm3，具有高的比強度和比剛度，很好的抗磁性，高的電負性和導熱性，良好的消震性和切削加工性能。已成為現代汽車、便攜電子產品電子、通信等行業的首選材料，但是鎂合金的強度總的來說均低于鋁合金此外，高溫性能差也是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一，當溫度升高時，它的強度和抗蠕變性能往往大幅度下降，因而它難以作為高溫長時間使用的部件，大大限制了其應用。所以通過向合金中加入一定量的高熔點元素與鎂基體形成高熔點相，并通過合理的熱處理工藝獲得成分均勻、組織細小，高溫性能優異和綜合力學性良好的鎂合金成為鎂合金領域的重要研究方向。目前國內外主要從稀土元素合金強化、鎂基復合強化和快速凝固粉末冶金法等方面進行研究，以提高鎂合金的室溫強度和高溫強度。其中以稀土元素為主加元素的方式來制備高溫性能優異的鎂合金占居多，他們往往通過添加1種或2種及以上稀土來達到制備高強耐熱鎂合金目的。李大全公開的專利《高強度耐熱鎂合金及其制備方法》(申請號 200610024085. 2，公開號CN1814837A，
公開日:2006. 8. 9)其制備的高強耐熱鎂合金的合金組織成分為12% Y，2% Sm，0. 35% Zr，余量為Mg及其它。經熱處理后，其室溫抗拉強度為365MPa，延伸率為3. 0 %，200°C的抗拉強度為331MPa，250°C的抗拉強度為312MPa。何上明公開的專利《高強度耐熱鎂合金及其制備方法》(申請號200510025251. 6，公開號 CN1676646A，
公開日2005. 10. 5)其制備的高強度耐熱鎂合金中稀土的含量為6-15% Gd、 1-6% Y，合金的強度和高溫性能很好。肖陽等人(肖陽，張新明，高強耐熱Mg-9Gd-4Y-0. 5Zr 合金的性能.中南大學學報，2006，37 (5) =850-854)制備的Mg-9Gd-4Y_0. 5 合金也獲得了較好的強度及高溫性能。但是，上述公開的專利和文獻中涉及的合金均采用較高含量的稀土元素，稀土元素不僅價格昂貴，而且比重大，通過添加高稀土含量制備高強耐熱鎂合金的將導致材料成本大幅提高。小野昌二(日本)公開的專利《含A12Ca的鎂基復合材料》 (申請號200980108474. 5，公開號CN101970703A，
公開日2011. 02. 09)，制備的鎂基復合材料在常溫和高溫下均具有優異的強度特性。袁廣銀公開的專利《快速凝固超高強鎂合金及其制備方法》(申請號:200910049871. 1，公開號:CN101538671A，
公開日:2009.9. 23)，利用快速凝固技術也制備了高強鎂合金。但是，由于設備昂貴，制備工藝復雜，無論采用鎂基復合強化還是采用快速凝固技術制備的高強耐熱鎂合金的成本極高，價格昂貴，工業化困難。

發明內容
本發明的目的是提供一種低稀土高強耐熱鎂合金，解決了在高溫條件下鎂合金強度和抗蠕變性能不足的問題。本發明的另一目的是提供一種低稀土高強耐熱鎂合金的制備方法，解決了目前鎂合金制備工藝復雜，制備成本高的問題。本發明所采用的技術方案是，一種高強耐熱鎂合金，按質量百分比其組成為Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg。本發明的另一種技術方案是，一種權利要求1所述鎂合金的制備方法，按照以下步驟實施步驟1，分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和
中間合金，使各物質間質量關系滿足以下質量百分比=Sn 3-6%, Y 0-4%, Gd 0~4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg ；步驟2，將步驟1稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的5% -10%稱取熔劑，在鎂錠上撒上熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720-740°C，然后加入Mg-Y中間合金與Mg-Gd中間合金中的一種或兩種，機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至780-800°C，加入中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至730-750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10 分鐘，得到合金液；步驟3，將步驟2制得的合金液溫度升至750-780°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠； 步驟4，將步驟3得到的鑄錠在450_520°C的溫度下保溫6_18小時，之后通過冷水或者油淬火，然后在200-260°C的溫度下保溫8-M小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。本發明的特點還在于，步驟2中所述的熔劑采用工業RJ-2熔劑。步驟4中冷水或者油的溫度為常溫。本發明的有益效果為，運用普通熔鑄工藝即可制備出價格低廉的高強耐熱鎂合金，該鎂合金不僅具有優異的室溫高強韌性和高溫拉伸性能，同時具有較好的塑性變形能力和熱加工性能，并且由于加入了 Mn和ττ元素，從而提高了合金的抗蠕變性能。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明提供一種高強耐熱鎂合金，按質量百分比其組成為Sn :3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg。本發明還提供上述鎂合金的制備方法，按照以下步驟實施步驟1，分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mglr 中間合金，使各物質間質量關系滿足以下質量百分比=Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd 0-4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg ；步驟2，將步驟1稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中， 在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720-740°C，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至 780-8000C，加入中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至730_750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液；步驟3，將步驟2制得的合金液溫度升至750-780°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠；步驟4，將步驟3得到的鑄錠在450_520°C的溫度下保溫6_18小時，之后通過冷水或者油淬火，然后在200-260°C的溫度下保溫8-M小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。實施例1分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金和Mglr中間合金，使各物質間質量關系滿足以下重量百分比=Sn 3%, Y 4%, Mn :1. 5%, Zr :0. 8%，其余為Mg ；將稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的10%稱取熔劑，在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至780°C，加入Mg-Zr中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液，再將制得的合金液溫度升至 750°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠，最后將得到的鑄錠在500°C的溫度下保溫10小時，冷水或者油淬火，然后在210°C的溫度下保溫16小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。本實施例所得的高強耐熱鎂合金，其室溫抗拉強度為286MPa，延伸率為8. 2% ；在 280°C條件下的抗拉強度為^lMPa,延伸率為17. 6%。實施例2分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Gd中間合金和Mglr中間合金，使各物質間質量關系滿足以下重量百分比=Sn 3%, Gd 4%, Mn :1. 5%, Zr :0. 8%，其余為Mg ；將稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的10%稱取熔劑，在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至780°C，加入Mg-Zr中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液，再將制得的合金液溫度升至 750°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠，最后將得到的鑄錠在500°C的溫度下保溫10小時，冷水或者油淬火，然后在210°C的溫度下保溫16小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。本實施例所得的高強耐熱鎂合金，其室溫抗拉強度為292MPa，延伸率為9. 8% ；在 280°C條件下的抗拉強度為^6MPa，延伸率為19. 5%。實施例3分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mglr中間合金，使各物質間質量關系滿足以下重量百分比Sn 5%, Y 2%, Gd 2%, Mn 2%, Zr 0.8%，其余為Mg;將稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的7%稱取熔劑，在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至730°C，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至800°C，加入Mg-Zr中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至740°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液，再將制得的合金液溫度升至 770°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠，最后將得到的鑄錠在450°C的溫度下保溫18小時，冷水或者油淬火，然后在200°C的溫度下保溫8小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。本實例所得的高強耐熱鎂合金，其室溫抗拉強度為301MPa，延伸率為11. 4% ；在 280°C條件下的抗拉強度為^5MPa，延伸率為21. 6%。實施例4合金成分按重量百分比組成為6% Sn,4% Y, 2. 5% Μη,Ο. 8% Zr，其余為Mg及不可避免的雜質。將稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的5%稱取熔劑，在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至740V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘， 然后將鎂液溫度升至790°C，加入Mg-Zr中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至730°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液，再將制得的合金液溫度升至780°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740 V，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠，最后將得到的鑄錠在520°C的溫度下保溫6小時，冷水或者油淬火，然后在260°C的溫度下保溫M小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。本實例所得的高強耐熱鎂合金，其室溫抗拉強度為265MPa，延伸率為10. 5% ；在 280°C條件下的抗拉強度為^lMPa,延伸率為23. 1%。實施例5合金成分按重量百分比組成為6% 511，4%6(1，0.5^^11，1.0%21~，其余為1%及不可避免的雜質。將稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的10%稱取熔劑，在鎂錠上撒上工業RJ-2熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中間合金機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至780°C，加入Mg-Zr中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘，得到合金液，再將制得的合金液溫度升至 750°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠，最后將得到的鑄錠在500°C的溫度下保溫10小時，冷水或者油淬火，然后在210°C的溫度下保溫16小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。
本實施例所得的高強耐熱鎂合金，其室溫抗拉強度為272MPa，延伸率為11. 7%;在 280°C條件下的抗拉強度為295MPa，延伸率為23. 9%。本發明所具有的實質性特點和顯著的進步為本發明將廉價的Sn作為主加合金化元素，一定量的Sn加入到鎂合金中，細化組織，并且與鎂形成具有高的高溫穩定性相Mg2Sn相(熔點770°C )，并且該相具有很高的硬度，對提高 合金的室溫和高溫性能作用顯著。本發明中稀土 Y，Gd分別以Mg-Y、Mg-Gd中間合金加入。Y、Gd的加入均可以起到細化組織的作用，并且Y、Gd在Mg中的固溶度很大，可以通過固溶強化和時效沉淀析出強化提高合金的力學性能。本發明中添加少量的Mn、&元素不僅改善了合金的塑性和熱加工性，而且由于rLx 在鎂中的有限固溶度，&可以作為異質形核核心細化晶粒，Mn還可以提高合金的抗蠕變性能。本發明中通過調整各組成元素配比，運用普通熔鑄工藝即可制備出價格低廉的高強耐熱鎂合金。該鎂合金不僅具有優異的室溫高強韌性和高溫拉伸性能，并且具有較好的塑性變形能力和熱加工性能。其室溫抗拉強度250-350MPa，延伸率8-15% ；在280°C條件下，其抗拉強度230-300MPa，延伸率15-26%。
權利要求
1.一種高強耐熱鎂合金，其特征在于按質量百分比其組成為Sn :3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg。
2.—種權利要求1所述鎂合金的制備方法，其特征在于，按照以下步驟實施步驟1，分別稱取預先鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和中間合金，使各物質間質量關系滿足以下質量百分比Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd 0~4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余為 Mg ；步驟2，將步驟1稱取好的Mn粉過50-200目篩后填入鎂錠上事先鉆好的孔中，按照所需制備合金質量的5% -10%稱取熔劑，在鎂錠上撒上熔劑，并一同放入井式電阻爐中加熱，使鎂錠熔化并使鎂液溫度升至720-740°C，然后加入Mg-Y中間合金與Mg-Gd中間合金中的一種或兩種，機械攪拌10分鐘，然后將鎂液溫度升至780-800°C，加入中間合金，之后機械攪拌10分鐘，最后將鎂液降溫至730-750°C，加入工業純Sn錠并機械攪拌10分鐘， 得到合金液；步驟3，將步驟2制得的合金液溫度升至750-780°C進行精煉處理，再將合金液溫度調整至740°C，澆入預熱溫度為300°C 士 10°C的底注式金屬型中，冷卻至常溫后得到合金鑄錠；步驟4，將步驟3得到的鑄錠在450-520°C的溫度下保溫6_18小時，之后通過冷水或者油淬火，然后在200-260°C的溫度下保溫8-M小時時效處理，最后通過擠壓或軋制制成棒材或板材。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2中所述的熔劑采用工業RJ-2熔劑。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟4中冷水或者油的溫度為常溫。
全文摘要
本發明一種高強耐熱鎂合金，其組成為Sn，Y，Gd，Mn，Zr，其余為Mg。制備方法為，稱取鉆孔的鎂錠、Mn粉、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-Zr中間合金，將Mn粉過篩后填入鎂錠的孔中，撒上熔劑，并一同熔化，然后加入中間合金，攪拌后升溫，加入Mg-Zr中間合金并攪拌后降溫，加入Sn錠并攪拌，得到合金液；將合金液進行精煉處理，再將合金液澆入預熱的金屬型中，冷卻后得到合金鑄錠；將鑄錠保溫后淬火，然后進行時效處理，最后制成棒材或板材。該鎂合金具有優異的室溫高強韌性和高溫拉伸性能，同時具有較好的塑性變形能力和熱加工性能，Mn和Zr元素的加入，提高了抗蠕變性能。
文檔編號C22C1/03GK102383012SQ201110340198
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者余玲, 屠濤, 張忠明, 徐春杰, 馬濤 申請人:西安理工大學