專利名稱：一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料及冶金領域，具體涉及一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料及其制備方法。
背景技術：
鎂合金是比模量最高和比強度僅次之鈦合金處于第二位的金屬結構材料，并具有優良電磁屏蔽性能、阻尼減震性能、高效綠色回收等特性，尤其是實現構件/零件的輕量化，具有不可替代的優勢。隨著高新武器裝備、交通工具、電子產品等向輕量化、高性能的發展，鎂合金的應用將越來越廣泛。目前,商業化鎂合金主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類。在鑄造鎂合金中， AZ91系列屬于強度較高、塑性較差的鑄造鎂合金(室溫抗拉強度Rm = 230MPa、斷后伸長率 A = 3% )，主要應用于綜合性能要求不高的壓鑄鎂合金零件；在變形鎂合金中，ZK61系列屬于強度、塑性匹配較佳的變形鎂合金(室溫抗拉強度Rm = 310MPa、斷后伸長率A= 10%)， 但該系列鎂合金必須通過從鑄坯到變形坯料的預變形處理工序，才能采用等溫精密擠壓、 沖壓等成形方法制備出高性能的鎂合金零件，但ZK61系列鎂合金預變形處理工序的成材率僅40%，導致該系列變形鎂合金材料昂貴(ZK61M達25萬元/噸)，并且浪費資源。在可持續發展和節能減排的大環境下，必須降低鎂合金的制造成本，同時提高強度、韌性和可成形性，進一步擴大鎂合金的應用范圍。盡管國內外研究者基于ZK61系列鎂合金進行了多元微合金化、晶粒細化、強韌化改性等研究工作，但是其收效甚微，并且成本偏高。因此，開發一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料是目前急需解決的關鍵問題。

發明內容
由于目前ZK61M系列鎂合金的上述問題，本發明公開了一種新的稀土鎂合金鑄坯材料以及該鑄坯材料的制備方法。本發明的技術方案如下一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料，其組分及其重量百分比為5. O 6. Owt% Zn，
I.O 2. Owt% Nd, O. 3 O. 8wt% La, O. 2 O. 5wt% Pr, O. 3 O. 9wt% Zr，余量為 Mg。上述技術方案所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料，其中，所述組分及其重量百分比為 5. 5wt% Zn, I. 5wt% Nd, O. 6wt% La, O. 3wt% Pr, 0. 5wt% Zr,余量為 Mg。上述技術方案中所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料的制備方法，包括下述步驟(I)、以純鎂錠，純鋅錠，Mg-30Zr中間合金以及含NcULa和Pr的混合稀土合金為原料，按照上述技術方案中所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料成分的重量百分比進行備料；(2)、將純鎂、純鋅、中間合金Mg-30Zr和混合稀土合金分別預熱到180 200°C，然后將純鎂錠放入有sf6/co2氣體保護的熔爐中熔化；(3)、待鎂錠熔化后，在670 700°C加入純鋅，當鎂液溫度達到720 750°C后，將混合稀土合金直接加入到鎂液中，待混合稀土合金熔化后，將鎂液溫度升高到750 780°C時加入Mg-30Zr中間合金，待Mg-30Zr中間合金熔化后撇去表面浮渣，攪拌5 IOmin ；(4)、攪拌后將鎂合金液溫度降至740 760V，通入氬氣精煉10 20min，精煉后將溫度升高到760 780°C，靜置20 40min ；(5)、靜置后鎂合金液冷卻至720 730°C后撇去表面浮渣進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具(Φ90Χ400πιπι)預先加熱至200 250°C，澆鑄得到鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料。在本發明的制備方法中分別按照鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料下述組分及其重量百分比進行備料(I)、為5. Owt % Zn, I. Owt % Nd, O. 3wt % La, O. 2wt % Pr, O. 3wt% Zr,余量為 Mg ； 或(2)、5· 5wt% Zn, I. 5wt% Nd, 0. 6wt% La, 0. 3wt% Pr, 0. 5wt% Zr,余量為 Mg ;或(3)、6· Owt % Zn, 2. Owt % Nd, 0. 8wt% La, 0. 5wt% Pr, 0. 9wt% Zr,余量為 Mg ;或選取上述范圍內各組分的任意比例進行備料。本發明制備所得的稀土鎂合金鑄坯材料中的材料經化學成分分析法或等離子直讀光譜儀(ICP)等本領域常規的檢測方法進行檢測。本發明合金中加入的混合稀土元素主要為Nd，Nd ( 2. Owt %，Nd與Mg的共晶溫度為552°C，且固溶度為3. 6%，因此只需加入少量的Nd就可以保障合金有良好的時效析出強化和固溶強化效果。本發明中設計的成分Nd ( 2. Owt%，減少鑄造態鎂合金晶界處棒狀相 MgZn2,并改善MgZn相形態、大小和分布,提高鑄造態鎂合金的塑性與成形性。本發明合金中加入少量的La, La ( O. 8wt%,在鎂合金凝固時可以起到異質形核的作用，同時凈化合金熔體，改善合金的工藝性能。本發明合金中加入少量的Pr，Pr彡O. 5wt%，可以與La協同起到細化晶粒的效果， 降低Zr的加入量，降低成本，同時提高鑄造態鎂合金的綜合性能。本發明具有以下有益效果(I)、稀土鎂合金鑄坯材料強度與塑性匹配好。本發明所制得的稀土鎂合金鑄坯材料兼具高強度高塑性的特征，特別適合采用鑄坯材料直接塑性成形的鎂合金零件，如汽車輪轂、輪輞等，室溫抗拉強度彡320MPa，斷后伸長率彡11%。(2)、稀土鎂合金鑄坯材料制造成本低。本發明通過添加混合稀土元素(Nd、La、Pr) 來代替單一純稀土元素，提高了稀土元素的收得率，降低合金的制造成本，優化了合金的組分。(3)、稀土鎂合金鑄坯材料熔煉工藝穩定。本發明采用混合稀土元素，顯著降低合金的熔煉溫度，減少晶粒細化劑Zr的使用量，同時不降低晶粒細化效果；采用該熔煉工藝不僅有效降低熔煉后合金中的夾雜物數量，而且也降低了熔煉時合金保護難度，使該系合金的工業化生產成為現實。(4)、稀土鎂合金鑄坯材料應用范圍廣泛。本發明進一步對不同固溶溫度和保溫時間下合金的固溶行為進行了全面研究，優化出最佳的固溶處理工藝，該鑄坯材料不僅可以通過擠壓、軋制等方法成形出變形坯料，而且還可以直接應用于高性能零件的塑性成形，減少鑄坯材料到變形鎂合金材料的預變形處理工序，縮短生產制造流程。本發明通過添加少量混合稀土元素改善ZK61鑄造態鎂合金的顯微組織形態與相結構，提高鑄造態鎂合金的塑性、可成形性，從而可以直接替代ZK61M變形鎂合金材料，鍛造成形出高性能的鎂合金零件。
具體實施例方式為使本發明的技術方案便于理解，以下結合具體實施例對本發明作進一步的說明，本發明中所使用的原料均為市場購買所得。實施例鍛造用稀土鎂合金鑄壞材料的制備:(I)、按照表I “鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料化學成分”中所示的實施例I、實施例 2和實施例3中各元素百分含量準備純鋅錠、Mg-30Zr中間合金以及含Nd、La和Pr的混合稀土合金，余量為純鎂錠；(2)、將純鎂、純鋅、中間合金Mg_30Zr、混合稀土合金預熱到180°C，然后將純鎂錠放入有sf6/co2氣體保護的熔爐中熔化。(3)、待鎂錠熔化后，在680°C加入純鋅，當鎂液溫度達到720°C后，將混合稀土合金直接加入到鎂液中，待混合稀土合金熔化后，將鎂液溫度升高到760°C時加入Mg-30Zr中間合金，待Mg-30Zr中間合金熔化后撇去表面浮洛,攪拌5min。(4)、攪拌后將鎂合金液溫度降至760V，通入氬氣精煉lOmin，精煉后將溫度升高到 780°C，靜置 20min。(5)、靜置后鎂合金液冷卻至730 °C后撇去表面浮渣進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具(Φ90Χ400πιπι)預先加熱至250 °C，澆鑄得到鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料 Mg-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金,經化學成分分析法或等離子直讀光譜儀(ICP)檢測,合金化學成分如表I所示；表I鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料化學成分
權利要求
1.一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料，其組分及其重量百分比為5. O 6. Owt % Zn，I.O 2. Owt% Nd, O. 3 O. 8wt% La, O. 2 O. 5wt% Pr, O. 3 O. 9wt% Zr，余量為 Mg。
2.根據權利要求I所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料，其特征在于所述組分及其重量百分比為 5. 5wt% Zn, I. 5wt% Nd, O. 6wt% La, O. 3wt% Pr, 0. 5wt% Zr,余量為 Mg。
3.一種制備鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料的方法，包括下述步驟(1)、以純鎂錠，純鋅錠，Mg-30Zr中間合金以及含NcULa和Pr的混合稀土合金為原料， 按照權利要求I中所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料成分的重量百分比進行備料；(2)、將純鎂、純鋅、中間合金Mg-30Zr、混合稀土合金預熱到180 200°C，然后將純鎂錠放入有SF6/C02氣體保護的熔爐中熔化；(3)、待鎂錠熔化后，在670 700°C加入純鋅，當鎂液溫度達到720 750°C后，將混合稀土合金直接加入到鎂液中，待混合稀土合金熔化后，將鎂液溫度升高到750 780°C時加入Mg-30Zr中間合金，待Mg-30Zr中間合金熔化后撇去表面浮渣，攪拌5 IOmin ；(4)、攪拌后將鎂合金液溫度降至740 760V，通入氬氣精煉10 20min，精煉后將溫度升高到760 780°C，靜置20 40min ；(5)、靜置后鎂合金液冷卻至720 730°C后撇去表面浮渣進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具預先加熱至200 250°C，澆鑄得到Mg-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金，其中合金成分為5. O 6.Owt % Zn, I. O 2. Owt % Nd, O. 3 O. 8wt % La, O. 2 O. 5wt % Pr, O. 3 O. 9wt % Zr,余量為Mg。
4.一種制備鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料的方法，包括下述步驟(1)、以純鎂錠，純鋅錠，Mg-30Zr中間合金以及含NcULa和Pr的混合稀土合金為原料， 按照權利要求2中所述的鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料成分的重量百分比進行備料；(2)、將純鎂、純鋅、中間合金Mg-30Zr、混合稀土合金預熱到180 200°C，然后將純鎂錠放入有SF6/C02氣體保護的熔爐中熔化；(3)、待鎂錠熔化后，在670 700°C加入純鋅，當鎂液溫度達到720 750°C后，將混合稀土合金直接加入到鎂液中，待混合稀土合金熔化后，將鎂液溫度升高到750 780°C時加入Mg-30Zr中間合金，待Mg-30Zr中間合金熔化后撇去表面浮渣，攪拌5 IOmin ；(4)、攪拌后將鎂合金液溫度降至740 760V，通入氬氣精煉10 20min，精煉后將溫度升高到760 780°C，靜置20 40min ；(5)、靜置后鎂合金液冷卻至720 730°C后撇去表面浮渣進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具 (Φ 90 X 400mm)預先加熱至200 250°C，澆鑄得到Mg-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金，其中合金成分為5. 5wt% Zn, I. 5wt% Nd, O. 6wt% La, O. 3wt% Pr, 0. 5wt% Zr,余量為 Mg。
全文摘要
本發明一種鍛造用稀土鎂合金鑄坯材料，屬于金屬材料技術領域。所述材料中各組分及其重量百分比為5.0～6.0wt％Zn，1.0～2.0wt％Nd，0.3～0.8wt％La，0.2～0.5wt％Pr，0.3～0.9wt％Zr，余量為Mg。本發明通過添加少量混合稀土元素改善ZK61鑄造態鎂合金的顯微組織形態與相結構，提高鑄造態鎂合金的塑性、可成形性，從而可以直接替代ZK61M變形鎂合金材料，鍛造成形出高性能的鎂合金零件。
文檔編號C22C1/03GK102586661SQ20121006233
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者康鳳, 林軍, 胡傳凱, 舒大禹, 趙志翔, 趙祖德, 陳嫚麗, 陳強, 黃樹海 申請人:中國兵器工業第五九研究所