技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金，具體是一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金及其鑄件的制造方法。

背景技術(shù)：

鎂合金具有低密度、高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軍工和各大工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。鑄造鎂合金適用于液態(tài)成形，可用于制造復(fù)雜薄壁構(gòu)件。現(xiàn)有的國內(nèi)外鑄造鎂合金中，可分為含鋁鑄造鎂合金和含鋯鑄造鎂合金。含鋁鑄造鎂合金具有原材料成本低的優(yōu)勢(shì)，主要有ZM5、ZM10、AZ91D等，為了追求一定的力學(xué)性能，含鋁鑄造鎂合金通常鋁含量較高，一般在8%以上，凝固區(qū)間寬，具有形成顯微縮松、反偏析的傾向，且鑄件的壁厚效應(yīng)嚴(yán)重。現(xiàn)有的含鋯鑄造鎂合金，以強(qiáng)化元素來看，以Mg-Zn-Zr系和Mg-RE（稀土）-Zr系為主。Mg-Zn-Zr系鑄造鎂合金的鑄件壁厚效應(yīng)有顯著改善，如ZM1、ZM7等，但其凝固區(qū)間比含鋁鑄造鎂合金的更寬，因此其顯微縮松傾向更為顯著；Mg-RE（稀土）-Zr系鑄造鎂合金的凝固區(qū)間相對(duì)較窄，在顯微縮松傾向和壁厚效應(yīng)方面改善較為明顯，如ZM6、WE54A、WE43A等。

縱觀現(xiàn)有的鑄造鎂合金，均有一個(gè)共同的特點(diǎn)：為了提高鑄件最終的力學(xué)性能，鑄態(tài)下均含有較多的共晶凝固相。這種共晶凝固相的存在使鑄件制造過程存在以下問題：一方面，共晶凝固相的存在損害合金鑄態(tài)下的延伸率，因此現(xiàn)有的鎂合金鑄件容易發(fā)生開裂；另一方面，較多的共晶凝固相的存在導(dǎo)致必須采用較高的固溶處理溫度，使鑄件容易發(fā)生熱處理變形。因此，通過合金成分設(shè)計(jì)，開發(fā)一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，確保材料鑄造成形工藝性優(yōu)秀，且鑄件的力學(xué)性能達(dá)到現(xiàn)有常規(guī)鎂合金鑄件的水平，對(duì)拓展鑄造鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是制造大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件，有著極為重要的意義。

目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未搜索到國內(nèi)外類似的資料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供近無共晶凝固相的鑄造鎂合金及其鑄件的制造方法；所述鑄造鎂合金通過控制主要合金元素的含量在較低的水平，使合金在鑄態(tài)下即形成基本不含共晶凝固相的組織，且凝固區(qū)間窄，顯微縮松傾向低，鑄件固溶處理溫度低；同時(shí)調(diào)配Y、Gd、Nd等主要稀土元素的比例，使合金仍然具備時(shí)效強(qiáng)化能力。在制造高性能大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件方面，有顯著的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包含組分及重量百分比為：Y 2.0～3.0%，Gd 1.4～2.0%，Nd 0.6～1.0%，Zr 0.4～1.0%，Mg為余量。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于：提供一種所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法，所述鑄造方法具體包括如下步驟：

預(yù)處理：按重量百分比稱取原材料，預(yù)熱；

熔煉澆注：將預(yù)處理后的原材料熔煉，均勻混合；經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注，得鑄件；

熱處理：對(duì)所述鑄件在一定溫度下保溫一定時(shí)間，冷卻，得到固溶態(tài)鑄件，對(duì)所述固溶態(tài)鑄件進(jìn)行時(shí)效處理、冷卻，得到鑄件毛坯。

優(yōu)選地，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200℃，時(shí)間為8小時(shí)。

優(yōu)選地，熔煉澆注的步驟中，所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF，所述精煉采用的精煉劑為RJ6，所述澆注的溫度為700℃～720℃。

優(yōu)選地，熱處理的步驟中，所述固溶處理的條件為400～440℃下10～12小時(shí)；所述時(shí)效處理的條件為150～180℃下40～100小時(shí)；所述冷卻具體是指在空氣中自然冷卻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明近無共晶凝固相的鑄造鎂合金制造的鑄件，在具備與常規(guī)鎂合金鑄件相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能的同時(shí)，凝固區(qū)間窄，基本不含共晶凝固相，鑄造成形、熱處理工藝性相對(duì)目前的鑄造鎂合金有大幅度改善，特別適合制造域高性能大型復(fù)雜薄壁鑄件。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例列舉的合金成分。

實(shí)施例1

熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-2.0%Y-1.4%Gd-0.6%Nd-0.4%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：

預(yù)處理步驟：按質(zhì)量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預(yù)熱，保溫時(shí)間8小時(shí)。

熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在720℃進(jìn)行澆注。

熱處理步驟：在400℃對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理，處理時(shí)間為10小時(shí)，空冷；在150℃進(jìn)行時(shí)效處理，處理時(shí)間為100小時(shí)，空冷，得到鑄件毛坯。

本實(shí)施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學(xué)性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到：室溫下σ_b≥180MPa，δ₅≥6%。

實(shí)施例2

熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-2.5%Y-1.7%Gd-0.8%Nd-0.7%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：

預(yù)處理步驟：按質(zhì)量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預(yù)熱，保溫時(shí)間8小時(shí)。

熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在710℃進(jìn)行澆注。

熱處理步驟：在420℃對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理，處理時(shí)間為11小時(shí)，空冷；在165℃進(jìn)行時(shí)效處理，處理時(shí)間為70小時(shí)，空冷，得到鑄件毛坯。

本實(shí)施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學(xué)性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到：室溫下σ_b≥220MPa，δ₅≥4%。

實(shí)施例3

熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-3.0%Y-2.0%Gd-1.0%Nd-1.0%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：

預(yù)處理步驟：按質(zhì)量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預(yù)熱，保溫時(shí)間8小時(shí)。

熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在700℃進(jìn)行澆注。

熱處理步驟：在440℃對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理，處理時(shí)間為12小時(shí)，空冷；在180℃進(jìn)行時(shí)效處理，處理時(shí)間為40小時(shí)，空冷，得到鑄件毛坯。

本實(shí)施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備良好的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學(xué)性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到：室溫下σ_b≥240MPa，δ₅≥3%。

對(duì)比例1

本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例，本實(shí)施例涉及一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金；與實(shí)施例1不同之處在于所述鑄造鎂合金主要合金元素的質(zhì)量百分比為Mg-1.0%Y-0.5%Gd-0.5%Nd-0.4%Zr；

本對(duì)例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，但制造的鑄件力學(xué)性能過低，鑄件本體取樣性能穩(wěn)定達(dá)到：室溫下σ_b≥130MPa，δ₅≥6%。

對(duì)比例2

本對(duì)比例是實(shí)施例2的對(duì)比例，本實(shí)施例涉及一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金；與實(shí)施例2不同之處僅在于所述鑄造鎂合金鑄件時(shí)效熱處理的條件為250℃下10小時(shí)；

本對(duì)例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形工藝性，但制造的鑄件力學(xué)性能過低，鑄件本體取樣性能穩(wěn)定達(dá)到：室溫下σ_b≥150MPa，δ₅≥4%。

對(duì)比例3

本對(duì)比例是實(shí)施例3的對(duì)比例，本實(shí)施例涉及一種鑄造鎂合金；與實(shí)施例3不同之處在于所述鑄造鎂合金主要合金元素Y、Gd、Nd的元素含量較高，各元素質(zhì)量百分比為Mg-5.0%Y-3.0%Gd-2.0%Nd-1.0%Zr。

本對(duì)比例鑄造鎂合金的凝固區(qū)間較寬，鑄態(tài)凝固組織存在較多共晶相，因此鑄造成形工藝性一般，不易成形大型復(fù)雜薄壁件。為了達(dá)到優(yōu)化的力學(xué)性能，其鑄件的熱處理工藝為：在525℃對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理，處理時(shí)間為12小時(shí)，空冷；在250℃進(jìn)行時(shí)效處理，處理時(shí)間為10小時(shí)，空冷。因此，其鑄件在固溶熱處理過程中發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)較大。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。