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領域
本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種耐高溫稀土鎂合金。
背景技術：
鎂是最輕的金屬結構材料，在汽車上應用日益增多。汽車采用鎂合金可以減重，同時減少了尾氣排放，因此進行鎂合金的研究開發對于節約能源、抑制環境污染有著重要意義。但是，鎂合金的強度和耐熱性能不佳，嚴重阻礙其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的應用，因此提高鎂合金的強度和耐熱性能是鎂合金材料研究領域的重要課題。
現有的耐熱鎂合金主要從限制位錯運動和強化晶界入手，通過適當的合金化，弓丨入熱穩定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴散速率或者改善晶界結構狀態和組織形態等，實現提高鎂合金熱強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，從而在隨后的時效過程中析出彌散的、高熔點的稀土化合物相；稀土元素還可以細化晶粒、提高室溫強度，而且分布在晶內和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點稀土化合物，在高溫時仍能釘扎晶內位錯和晶界滑移，從而提高了鎂合金的高溫強度；同時，稀土元素在鎂基體中的擴散速率較慢，這使得Mg-RE合金適于在較高溫度下長期工作。Mg-RE (如Mg-Y系)合金是重要的耐熱鎂合金系，具有較高的高溫強度和優良的抗蠕變性能。當前在200 300°C下長期工作的鎂合金零部件均為Mg-RE系合金，Mg-RE系成為發展高強耐熱鎂合金的一個重要合金系。
目前的商業耐熱鎂合金如WE43，其存在的主要不足是耐熱性能不夠穩定，高溫時強度下降較多，還不能完全滿足航空航天、軍工、汽車及其它行業在較寬的溫度范圍特別是在200°C 300°C使用時對強度的更高的要求。發明內容
本發明的目的是提供一種耐高溫稀土鎂合金，高溫性能穩定，具有較高的高溫抗拉伸強度。
為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是:一種耐高溫稀土鎂合金，由以下質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、中頻感應爐，在co2+sf6(體積比100:1)混合氣體保護下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態鎂合金，后進行熱處理。所述熱處理是對鑄態合金依次進行固溶處理和時效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時間為8小時。所述時效處理的處理溫度為225°C，處理時間為16小時。
本發明合金組分為Mg-Y-Nd-Sm-Sb。本發明采用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效析出強化和固溶強化效果，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的時效析出強化效應；Nd、Sm在Mg中的最大固溶度分別為3.6wt%、5.7wt%，為了保證強化效果而又盡量降低總的稀土含量，因此本發明的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性能，Sb可細化晶粒，提高室溫強度，也可與Mg生成高熔點強化相Mg3Sb2,改善高溫強度，但Sb過量會影響鑄造性能和力學性能，因此本發明的Sb加入量不聞于lwt% ;綜合利用稀土兀素Y、Nd、Sm和兀素Sb的強化作用，進一步提聞合金的室溫和高溫強度。
本發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度，在300°C時，抗拉強度仍可達到200MPa以上，高溫性能穩定；本發明的耐高溫稀土鎂合金與商用耐熱鎂合金WE43合金相比，具有更好的強度性能和更高的使用溫度，在航空航天、汽車工業、武器裝備等方面有著廣闊的應用前景。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步說明。
本發明具體實施方式
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。
實施例1
本實施例的耐高溫稀土鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:5%Y，l%Nd, l%Sm,0.5%Sb，雜質元素S1、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y、Nd和Sm的質量百分比之和為7%。
本實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、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-5Y-lNd-lSm-0.5Sb鑄態鎂合金，后進行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時，225°C等溫時效處理16小時。
實施例2
本實施例的耐 高溫稀土鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:4%Y，0.5%Nd，2.5%Sm, 0.2%Sb，雜質元素Si,Fe,Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y,Nd和Sm的質量百分比之和為7%。
本實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、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-4Y-0.5Nd-2.5Sm-0.2Sb鑄態鎂合金，后進行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時，225°C等溫時效處理16小時。
實施例3
本實施例的耐高溫稀土鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:3%Y，2.5%Nd，0.5%Sm, l%Sb，雜質元素Si,Fe,Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。Y,Nd和Sm的質量百分比之和為6%。
本實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、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，即得Mg-3Y-2.5Nd-0.5Sm-lSb鑄態鎂合金，后進行熱處理，熱處理工藝為:525°C固溶處理8小時，225°C等溫時效處理16小時。
實驗例
將實施例1 3所得耐高溫稀土鎂合金進行拉伸強度試驗，試驗方法為:將實施例1 3所得耐高溫稀土鎂合金，按照國家標準GB6397-86《金屬拉伸實驗試樣》加工成5倍標準拉伸試樣，在日本島津AG_I250kN電子拉伸試驗機上進行拉伸，拉伸速率為lmm/min ；在進行高溫拉伸時，要保溫10分鐘，再進行拉伸。拉伸強度試驗結果如表I所示:
表I實施例1 3的耐高溫稀土鎂合金的拉伸強度試驗結果
權利要求
1.一種耐高溫稀土鎂合金，其特征在于:由以下質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,雜質元素 Si,Fe,Cu 和 Ni 總量小于 0.2%,余量為Mg。
2.根據權利要求1所述的耐高溫稀土鎂合金，其特征在于:所述Y、Nd和Sm的質量百分比之和為6% 7%。
3.根據權利要求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過熱處理制成的。
全文摘要
本發明公開了一種耐高溫稀土鎂合金，由以下質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，雜質元素Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%，余量為Mg。本發明的耐高溫稀土鎂合金，高溫性能穩定，具有較高的高溫抗拉強度，在300℃時，抗拉強度仍可達到200MPa以上；本發明的耐高溫稀土鎂合金與商用耐熱鎂合金WE43合金相比，具有更好的強度性能和更高的使用溫度，在航空航天、汽車工業、武器裝備等方面有著廣闊的應用前景。
文檔編號C22C1/03GK103146973SQ20131008222
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者張清, 李全安, 陳君, 付三玲, 朱宏喜, 張興淵 申請人:河南科技大學