We54稀土镁基合金的遗传制法的制作方法

专利名称：We54稀土镁基合金的遗传制法的制作方法
技术领域：
'
本发明涉及一种WE54稀土镁基合金的遗传制法，特别是涉及尤其重视使用金属遗 传性原理于主炉料制备高稀土含量镁基合金遗传制法。
背景技术：
使用遗传学相关原理获得目标产物的方法(遗传制法)在生物工程上为普遍使用的 方法。然而，从1927年金属遗传学提出至今，在冶金领域高度重视该方法应用相比之 下逊色很多。
具有国防合金之称的WE54合金是老牌号(desingnation)、有历史、有影响、有代 表性的合金之一。该合金遗传制法， 一定程度上能够代表一类高稀土含量镁基合金的遗 传制法。但是，目前为止，对WE54合金本身遗传制法研究或选用该合金为样本的遗传 制法研究还未见报道。1938年德国发明家Sauerwald开拓稀土 Y在镁基合金中的应用 (USP 2， 219， 056); 1968年美国陆军部公开在镁加入％t. /。左右稀土纯Y可获得高强 镁钇合金的发明(USP 3,391,034);此后，英国发明家将该镁加入9wtJ左右稀土纯Y 方法中保留约5wtJ左右稀土纯Y，其余4wt.y。左右用其它混合稀土替代，获得性能更 好的肥54合金并在军事工业中列装和确定牌号；由此开拓世界各国在军事工业中普遍 使用该合金的先河。可见，肥54合金为名副其实的有历史和有影响的合金。目前，该合 金名义组成为稀土总量约为9wtl锆约为0.4wtJ、镁为余量；WE54中数字与该合 金稀土元素中钇(Y)约为5wt.y。、其它以钕(Nd)为主混合稀土元素约为4wt.y。的中的 两个百分比数字密切相关。代表性企标化学组成(呢54A)为Y为4.75收％—5. 5wt. %， R『为3wt. y厂4wt. %， Zr为0.2wt. %—0.4wt. °/。， Mg为(平衡)余量；RE冲Nd为1.5wt. % 一2. Owt. 其余的2, Owt. %—2.5wt. %为Dy、 Gd、 Er等(Y除外)其它稀土元素；合金 密度约为1.85g/cm3;熔化范围545°C — 640°C。
稀土总量在13wt."/。左右、钇钆组合或其它组合的高温高强镁基稀土合金，该类合 金被亚洲国家赋予(超越WE54合金的)很高期望值；这类合金在诸如中国的 CN200610031169.9、 CN200510025251. 6、 CN200610024085. 2和CN200610131696. 7号专 利；日本的JP19920196482[特开平6-49580]、 JP19920195846[特开平6-49579]号等专 利中都有专门的揭示；这类合金中稀土总量比WE54合金更高，已近乎打破常规稀土-镁母合金(master alloy))与稀土-镁应用合金的界限。对冊54合金遗传制法研究成果， 无疑对制备这类高稀土含量镁基合金具有一定代表性。
金属遗传学理论中炉料(furnace charge)对目标合金的组织遗传(structure heredity)和力学性能遗传性(mechanical property heredity)已被确认无疑。镁合金 中AZ91D组织遗传性利用的研究等也有报道(铸造[J] ， 2005年，54巻12期，P1261-1264)。
首先获得具有良好组织、诸如晶粒细化的合金炉料，在后续加工中尽可能保持该细 化的晶粒不被破坏、而使其残留在目标合金中达到优质遗传因子(heredity factor) 遗传的目的，这种遗传制法着重点落在(类似生物学)获得上位基因(印istaticgene) 上。诸如中国专利CN 2005100175肌6揭示在电解生产原料铝锭的电解槽中直接添加少 量钛、硼、稀土元素，以添加的该微量元素为晶粒细化剂，并期望Al-Ti-B和稀土金属 间化合物等继续遗传。然而，能否达到目的显然取决于后续加工中破坏遗传要素的外界 条件和该遗传因子的自身稳定性的相互竞争。所说的后续加工中破坏遗传要素的外界条 件很多，主要包括熔配合金中的过热(过高温度)、热处理中回火过热(均匀化温度过 高)、蘸火及淬火过热(固溶处理及冷淬温度过高)，轧制退火过热，电磁搅拌或强搅拌
对合金变质或精炼处理中变质剂或精炼剂需要与液态合金充分接触才能达到变质 或精炼效果，实现该充分接触主要方法为强搅拌，显然、遗传制法着重点落在欲保留的 上位液态合金中的基因(目标遗传因子)被破坏或经历被破坏考验；中国专利 CN200710126583.2中发明一种"现场生成新优质遗传因子"的方法一定程度上解决了该 矛盾。该发明揭示在对A356合金原铝液精炼和变质中，用富铈混合稀土中间合金替 代锶变质剂，同样强磁力搅拌也可获得良好结果，其中目标合金遗传性好。可见，"现 场生成新优质遗传因子"的方法也是一种可取的遗传制法。
若能够发现并确定炉料或目标合金中存在的某种过渡相或不稳定相，更为重要的
是若确定"该相对抑制后续加工中进入基体使基体晶粒长大稳定相有作用"，则可利
用该相这种"作用"用于遗传制法。中国专利CN200810010617.6和ZL02140475.5号揭 示在超临界钢和铝箔生产中比较好的使用这种遗传制法。
总之，对肥54合金及类似的高稀土含量镁基合金的遗传制法未见专利公开和研究 文章报道。

发明内容
本发明的目的在于提供一种WE54稀土镁基合金的遗传制法。 本发明的原理
1、多种稀土母合金炉料归一化、低浓度化和与目标合金强化相匹配化而增加遗传:
WE54合金可有多种选择炉料方式，表1将其中一种常见的方式与本发明提供的方 式之一进行对照，以利于阐明上述"归一化"、"低浓度化"和"匹配化"涉及的遗传制法原理。
表1配料方式比较表(以配制1吨的服54目标合金计)
常用肥54合金的选配料方式本发明WE54合金的选配料方式炉料种类炉料名称与数量炉料种类炉料名称与数量
炉料l75、v't. %Y-25wt.懇g; 67 Kg炉料I18wt.%Re-72wt.懇g;500Kg
炉料275wt. %Nd-25wt. %Mg; 27 Kg炉料n25wt.%Zr-75wt.%Mg; 16Kg
炉料375wt.%MM-25wt.%Mg; 27 Kg炉料m纯镁锭；484Kg
炉料425wtUwt.Mfg; 16 Kg
炉料5纯镁锭；867 Kg
表注MM代表一种WE54合金配制混合稀土； Re代表与WE54中辆i土相对组成相同混合稀土
由表1中两种选配料方式对比可见①本发明考虑遗传影响的配料方式中的炉料 I ，实质上为将表1左侧配料方式中的三种稀土-镁母合金(左侧的炉料1、 2和3)"合 三为一"，换言之，采用"归一化"方法；该"归一化"优点之一为
前一种选配方式炉料1-3中稀土在熔炼成目标合金过程稀土交互作用再次发生、原 有析出相等再次发生组合，即使原有炉料中存在很好的目标合金所需要的组织，也容易 被这种交互作用和重新组合而破坏，而本发明相比之下则相反。 '
② 本发明考虑遗传影响的配料方式中炉料I的稀土浓度为18%，而表1左侧配料方 式中的三种稀土-镁母合金的稀土浓度为75%;显然，本发明考虑遗传影响的配料方式中 稀士-镁母合金在"归一化"同时由高浓度被用金属镁稀释为低浓度的稀土-镁母合金， 即同时采取了 "低浓化"措施。显然，该"低浓化"后果之一为:稀土-镁母合金(右 侧的炉料1)的数量占到500kg，稀土所在的母合金炉料相比之下占有数量优势，这有 利于与目标合金强化相匹配而增加遗传。
③ 目标合金中起强化作用的主要为稀土，稀土所在的母合金炉料为遗传主体；而左 侧的配料方式镁锭占炉料总量85%以上，镁锭在数量上为遗传主体，镁锭炉料组织和力 学性能遗传在目标合金起作用能力很大，显然左侧的配料方式与目标合金起强化作用遗 传主体不匹配。上已述及，"归一化"和"低浓化"措施采用解决了左侧的配料方式这 种"不匹配"矛盾；亦表1中本发明的配料方式实现"匹配化"而利于目标遗传因子 的遗传。
2、力学性能遗传性优先组织遗传性考虑的设计
附图1中的(1)、 (2)和(3)分别给出三种用于WE54合金的稀土-镁母合金炉料 的压縮强度。从该稀土-镁母合金炉料的三种中选择强度最高的一种炉料作为主炉料为
方案之一。
附图3中的(1)、 (2)和(3)分别给出三种用于WE54合金的稀土-镁母合金炉料
6的维氏硬度。从该稀土-镁母合金炉料的三种中选择硬度最高的一种炉料作为主炉料也 为方案之一。
附图5至附图10分别为稀土-镁母合金炉料组织与对应生产出的WE54合金金相组 织，从组织遗传角度选择该稀土-镁母合金炉料的组织遗传最好的一种炉料作为主炉料 也为方案之一。
在上述三种可选方案中，力学性能遗传性优先组织遗传性考虑的设计为最为合理的 设计，原因在于压缩强度和维氏硬度二者的力学性能遗传性表现出规律明显和高度的一 致。反之，如果因为所确定的几种稀土-镁母合金炉料的力学性能遗传性表现出无规律 可寻，则再优先考虑组织遗传性的设计。
一种WE54稀土镁基合金的遗传制法，其特征在于，步骤和条件如下
(1) 、选料
WE54目标合金中的锆元素来源于镁-锆母合金炉料；肥54目标合金中的稀土元素来 源于镁-混合稀土母合金炉料，该镁-混合稀土母合金的三个限定条件为
① 该镁-混合稀土母合金中，每种单一稀土相对组成与WE54目标合金中单一稀土相 对组成相同；其中每种单一 "稀土相对组成"的定义是以重量百分比表示的任意一种 单一稀土Ri重量占混合稀土总重量i:Ri的重量百分比，即以重量百分比表示为Ri / E R"
② 该镁-混合稀土母合金的稀土总浓度与WE54目标合金中的稀土总浓度不同，但二 者之间必须满足Cn^A Cw公式，公式中Cm代表该镁-混合稀土母合金炉料中的稀 土总浓度、Cw代表呢54目标合金稀土总浓度、A为系数并且A的范围为1.26—2.21; 其中"稀土总浓度"的定义是以重量百分比表示的混合稀土总重量ERi的重量占母合 金或目标合金总重量的百分比；
③ 该镁-混合稀土母合金炉料必须是感应熔炼获得，或者将非感应熔炼获得的该母 合金在使用前重新感应熔炼一次；
WE54目标合金中的基体元素镁来源于三个渠道的总和，三个渠道分别为
① 镁-锆母合金炉料中带入的Mg;
② 镁-混合稀土母合金炉料中带入的Mg;
③ 补足目标合金镁余量所使用的纯金属镁锭；
(2) 、择料及配比
择料及配比为 .
① 步骤(i)中镁-锆母合金炉料选择其中锆浓度20wt.y。的镁-锆母合金；
② 步骤(1)中镁-混合稀土母合金选择在系数A的范围内几种不同稀土总浓度的镁 -混合稀土母合金炉料中的压縮强度最高的炉料；
③ 歩骤(1)中所涉及的镁-锆母合金、镁-混合稀土母合金和工业纯镁锭中的不可
7避免的Fe、 Si、 01等杂质总量均小于合金或单质的重量百分比的0.5%;
④ 步骤(1)中所涉及镁-混合稀土母合金炉料中"稀土相对组成"选定在Y为
60.29wt. %、 Nd为23. 05wt. %、 Er为1.58wt. °/。、 Dy为5.55wt. %、 Yb为1.59wt. %、 Ho 为1.58wt. %、 Gd为3.96wt. °/。 、 La为0.79wt. °/。和Pr为1.58wt. %，单一稀土占混合稀 重量百分比总和为99.97wtJ;
⑤ 步骤(1)中所涉及WE54目标合金中"稀土总浓度"选定在为9.52wt. °/。 (3)、投料顺序
按配比，向感应熔炼坩埚内首先投入覆盖剂，该覆盖剂融化后再投放步骤(1)和 (2)选定用于制造肥54目标合金的三种金属性炉料，并且该三种金属性炉料向坩埚内 投放顺序依次为工业纯镁锭、镁-锆母合金和镁-混合稀土母合金炉料中的压縮强度最 高的炉料；所述的"覆盖剂"成分构成为6份重量的KC1与4份重量的NaCl混合融化 后的混合盐；该混合盐的投料量占WE54目标合金投料量的重量百分比的15%;
(4) 、熔炼步骤
合金的熔炼在以混合盐为覆盖剂的保护下的感应熔炼方式，其中
① 所有感应熔炼温度均为740°C，该感应熔炼温度测量是采用在停止感应加热后迅 速向融体内插入热电偶测温方式进行的；
② 所有感应熔炼的熔炼时间控制在投入到熔炼坩埚中的最后一块物料彻底熔化，并
以此为初始计时点的此后4分钟截止；
(5) 、出炉与铸造
铸造出炉温度为670°C，出炉铸造方式采用真空虹吸出炉直接铸棒方式； 经过上述步骤和条件获得WE54稀土镁基合金。
有益效果
1、 摈弃了非遗传制法生产肥54合金过程中的随意选择炉料，特别是随意选择稀
土-镁母合金炉料、随意投料、不考虑母合金炉料组织和力学性能遗传等粗放型生产模
式；开拓了选用上乘原料、加工中精确投料、熔炼等精工细作生产范例；为生产WE54 合金及类似的高稀土含量镁基合金产品质量的批次稳定性奠定了先进工艺流程设计基
2、 利于促进稀土-镁母合金生产企业产品质量提高，尤其是利于促进将稀土-镁母 合金的组织(诸如晶粒尺寸)指标、力学性能等遗传指标列入企标、行标和国标各级标 准中，由此促进稀土-镁母合金和应用合金行业标准化生产进程。
3、 通过对被人为割裂母合金炉料与终极合金制品之间联系的非遗传制法生产WE54 合金生产模式的扶原固本，明晰了获得高品质肥54合金及类似的高稀土含量镁基合金 产品的有效科学途径。
其铸态压缩强度达到277-246MPa，该合金铸态维氏硬度为77-89HV、该合金室温密度为l. 845-1.8554g/cm3，并且该铸态母合金晶粒比较细，其代表性组织如附图6、 8和 10;


图1是本发明不同稀土浓度的稀土-母合金的压縮强度与使用其生产WE54合金(目 标合金)的压縮强度的力学性能遗传图。
图中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金中的稀土总浓度(wt..%)分别约为21 wt.%、 18wt。/。和12wt.%;并且三种稀土-母合金中、混合稀土中每种单一稀土的相对组成(所 占混合稀土中比例)都相同，三种稀土-母合金中每种单一稀土占混合稀土总量中的重 量百分比(单一稀土的相对组成)均为Y为601 Nd为23.05%、 Er为1.58°/。、 Dy 为5.55%、 Yb为1. 59%、 Ho为1. 58°/。、 Gd为3.96% 、 La为0.79%和Pr为1.58%，所有 单一稀土占混合稀重量百分比总和为99.97%。.
用图1中(1)、 (2)禾B (3)三种不同稀上总浓度、而每种单一稀土的相对组成都 相同的稀土-母合金配制组成相同的WE54合金(目标合金)，该目标合金组成(重量百分 比)为Mg为90.68。/d、 Zr为Ol Y为5.5"/d、 Nd为2.1%、 Er为1.5。/。、 Dy为0.5呢、 Yb为1.5%、 Ho为1,5%、 Gd为3.5% 、 La为0.05%和Pr为1. 5%，目标合金中所有元素 重量百分比总和99.99%; WE54目标合金中稀土总量(稀土总浓度)为9.52wt.。/o;
该图1中三种不同稀土总浓度的稀土-母合金以及使用其制造的对应三种呢54目标 合金，制造过程巾只有三种稀土-母合金稀土总浓度不同，而他其它熔炼温度等均相同; 并且该图中压缩强度、不管母合金还是目标合金都是铸态的压縮强度；对比该A、 B和C 三组(每组2项)压縮强度数值可见该母合金压縮强度对目标合金具有遗传性。
图2是本发明附图1的(1)稀土-母合金在测定压縮强度时代表性样品最终断裂的 原始断口形貌图。由该图可见，该样品压縮断裂斜面与圆柱轴线约45度，属较标准的 断裂。
图3是本发明不同稀土浓度的稀土-母合金的硬度与使用其生产WE54合金(目标合 金)硬度的力学性能遗传图。
本图中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金的稀土总浓度(乾％)、每种单一稀土的相 对组成、WE54目标合金的组成等均于卜.述图1对应相同，唯一不同的将测定压縮强度用 测定硬度替代。由图可见，母合金维氏硬度对目标合金具有遗传性。
图4是本发明不同稀土浓度的稀土-母合金的与用其生产的对应目标合金密度关联 图。其中密度测定采用浮力法和体积/密度法(样品经过精密机械加工)双重测定后取 平均值；图中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金的成分与图1中三种母合金成分相同；由 图4可见，所有WE54合金的密度落在1.845 g/cm3_l. 853g/cra3之间；尽管小数点后2 位的差异排除密度测定误差引起的疑点，然而，由于密度和样品成分双重的复杂性，从
9稀土-母合金的密度与用其生产的对应目标合金密度关联考察图中获得遗传信息科学证 据不足。
图5是本发明21wt. %RE—79wt. °Z。Mg稀土-母合金铸态典型组织图。
其中的RE代表稀土总量，RE中每种单一稀土的相对组成与本发明图1中的母合金 的每种单一稀土的相对组成相同。该稀土-母合金样品也与图l中的(1)样品相同。
图fi是本发明呢54冃标合金铸态典型组织图，该目标合金的稀十-母合金炉料选自 本发明图5所使用的稀土-母合金。
图7是本发明18wt. °Z。RE—82wt. %Mg稀土-母合金铸态典型组织图。
其中的RE代表稀土总量，RE中每种单一稀士的相对组成与本发明图1中的母合金 的每种单一稀土的相对组成相同。
图8是本发明WE54目标合金铸态典型组织图。特别是该目标合金的稀土-母合金炉 料选自本发明图7所使用的稀土-母合金。
图9是本发明12wt. ^RE—88wt. %Mg稀土-母合金铸态典型组织图。
其中的RE代表稀土总量，RE中每种单一稀土的相对组成与本发明图1中的母合金 的每种单一稀土的相对组成相同。
图10是本发明WE54目标合金铸态典型组织图。特别是该目标合金的稀土-母合金 炉料选自本发明图9所使用的稀土-母合金。
具体实施例方式
实施例l:
在WE54合金化学成分组成范围内确定出该肥54目标合金具体化学成分配方，以重 量百分比表示的该具体配方为Mg为90.68。/。、 Zr为0.2。/。、 Y为5.51。/k Nd为2.P/。、 Er 为1.5%、 Dy为0. 5%、 Yb为1. 5%、 Ho为1. 5%、 Gd为3.5% 、 La为0.05%和Pr为1.5%， 该肥54为目标合金并其中所有元素重量百分比总和99.99%;由该具体配方可知，该WE54 目标合金中稀土总浓度(稀土总量)为9.52wtJ;该WE54目标合金中每种单一稀土占 混合稀土总量中的重量百分比，即单一稀土的相对组成为Y为60. 29%、 Nd为23.(Mo、 Er为1.58%、 Dy为5.55%、 Yb为1. 59%、 Ho为1.58%、 Gd为3.96% 、 La为0.79%和Pr 为1.58%，所有单一稀土占混合稀重量百分比总和为99.97%。
在确定WE54目标合金具体化学成分配方基础上，按照以下步骤和条件操作
第一步、选料
肥54目标合金中的锆元素来源于镁-锆母合金炉料；肥54目标合金中的稀土元素来 源于镁-混合稀土母合金炉料，该镁-混合稀土母合金的三个限定条件为
①该镁-混合稀土母合金中每种单一稀土相对组成与肥54目标合金中单一稀土相对
10组成相同；其中每种单一 "稀土相对组成"的定义是以重量百分比表示的任意一种单
一稀土Ri重量占混合稀土总重量i:Ri的重量百分比，即以重量百分比表示的Ri / ZRi;
② 该镁-混合稀土母合金稀土总浓度与肥54目标合金中的稀土总浓度不同，但二者 之间满足Cn^A Cw公式，公式中Cm代表该镁-混合稀土母合金炉料中的稀土总浓 度、Cw代表WE54目标合金稀土总浓度、A为系数并且A的取值范围为1.26—2.21;其 屮"稀土总浓度"的定义是以重量百分比表示的混合稀土总重量ERi的重量占母合金 或目标合金总重量的百分比；
③ 该镁-混合稀土母合金炉料是感应熔炼获得；
WE54目标合金中的基体元素镁来源于三个渠道的总和，三个渠道分别为
① 镁-锆母合金炉料中带入的Mg;
② 镁-混合稀土母合金炉料中带入的Mg;
③ 补足目标合金镁余量所使用的纯金属镁锭；
第二步、择料具体择料方式为
①在第一步中镁-锆母合金炉料选择其中锆浓度范围20wt. %的镁-锆母合金； 在第一步中镁-混合稀土母合金选择在系数八的范围内几种不同稀土总浓度的镁-混合稀土母合金炉料中，优先选择压縮强度最高母合金炉料；本实施例中系数A为1.84 镁-混合稀土母合金炉料的压縮强度最高，其铸态压缩强度达到428MPa，所以首先选择 系数A为1.84镁-混合稀土母合金炉料。另外，该母合金铸态维氏硬度为117HV、该母 合金室温密度为1.965gZcni3，并且该铸态母合金晶粒比较细化，其代表性组织金相照片
如附图5;
③在第一步中所涉及的镁-锆母合金、镁-混合稀土母合金和工业纯镁锭中的不可避
免的Fe、 Si、 Cu等杂质总量均小于合金或单质的重量百分比的0.56/。，即该杂质总量均 小于物料的0. 5wt. °Z。；
第三步、投料向感应熔炼坩埚内首先投入覆盖剂，该覆盖剂融化后再投放被第一
步和第二步选定用于制造肥54目标合金的三种金属性炉料，并且该三种金属性炉料向 坩埚内投放顺序依次为工业纯镁锭、镁-锆母合金和镁-混合稀土母合金炉料中系数A 为1 84镁-混合稀土母合金炉料'
第四步、熔炼合金的熔炼在以混合盐为覆盖剂的保护下的感应熔炼方式，其中
① 在第三步中"向感应熔炼坩埚内首先投入覆盖剂"的"覆盖剂"成分构成为6份
重量的KC1与4份重量的NaCl混合融化后的混合盐；该混合盐的投料量占WE54目标合 金投料量的重量百分比的15%;
② 所有感应熔炼温度均为740°C，该感应熔炼温度测量是采用在停止感应加热后迅 速向融体内插入热电偶测温方式进行的；
③ 所有感应熔炼的熔炼时间控制在投入到熔炼坩埚中的最后一块物料彻底熔化，并以此为初始计时点的此后4分钟截止；
第五步、出炉与铸造感应熔炼获得的WE54目标合金，铸造出炉温度为67(TC，出炉铸造方式采用真空虹吸出炉直接铸棒方式；
经过上述五个遗传制法条件的步骤获得冊54稀土镁基合金;其铸态压缩强度达到302MPa,该合金铸态维氏硬度为89HV、该合金室温密度为1.850g/cm3，并且该铸态母合
金晶粒比较细化，其代表性金相组织如附图6;实施例2:
为便于同实施例1对比，与实施例1条件唯一不同的是选择了系数A为2.21镁-混合稀土母合金炉料，该炉料的压缩强度尽管不如实施例1中对应炉料高，但在所有可选择炉料中也比较高；而其余所有条件和操作同实施例1。
该系数A为2.21镁-混合稀土母合金炉料，其铸态压縮强度达到373MPa、铸态维氏硬度为102HV、室温密度为1.995g/cm3，并且该铸态母合金晶粒也比较细化，其代表性组织金相照片如附图7。
由该母合金炉料作为原料之一所获得冊54稀土镁基合金;其铸态压縮强度达到277MPa，该合金铸态维氏硬度为89HV、该合金室温密度为1.845g/cm3，并且该铸态母合金晶粒比较细化，其代表性组织如附图8;
实施例3:
为便于同实施例1对比，与实施例1条件唯一不同的是选择了系数A为1.26镁-混合稀土母合金炉料，该炉料的压縮强度不如实施例1中对应炉料高，并在所有可选择炉料中也比较偏下，但铸态母合金晶粒细化程度相对较好；而其余所有条件和操作同实施例l。
该系数A为1.26镁-混合稀土母合金炉料，其铸态压縮强度达到106MPa、铸态维氏硬度为90HV、室温密度为1.856g/cm3,并且该铸态母合金晶粒也比较细化，其代表性组织金相照片如附图9。
由该母合金炉料作为原料之一所获得WE54稀土镁基合金;其铸态压缩强度达到246MPa，该合金铸态维氏硬度为77HV、该合金室温密度为1.853g/cm3，并且该铸态母合金晶粒比较细，其代表性组织如附图10。
权利要求
1、一种WE54稀土镁基合金的遗传制法，其特征在于，步骤和条件如下(1)、选料WE54目标合金中的锆元素来源于镁-锆母合金炉料；WE54目标合金中的稀土元素来源于镁-混合稀土母合金炉料，该镁-混合稀土母合金的三个限定条件为①该镁-混合稀土母合金中，每种单一稀土相对组成与WE54目标合金中单一稀土相对组成相同；其中每种单一“稀土相对组成”的定义是以重量百分比表示的任意一种单一稀土Ri重量占混合稀土总重量∑Ri的重量百分比，即以重量百分比表示为Ri/∑Ri；②该镁-混合稀土母合金的稀土总浓度与WE54目标合金中的稀土总浓度不同，但二者之间必须满足Cm＝A·Cw公式，公式中Cm代表该镁-混合稀土母合金炉料中的稀土总浓度、Cw代表WE54目标合金稀土总浓度、A为系数并且A的范围为1.26—2.21；其中“稀土总浓度”的定义是以重量百分比表示的混合稀土总重量∑Ri的重量占母合金或目标合金总重量的百分比；③该镁-混合稀土母合金炉料必须是感应熔炼获得，或者将非感应熔炼获得的该母合金在使用前重新感应熔炼一次；WE54目标合金中的基体元素镁来源于三个渠道的总和，三个渠道分别为①镁-锆母合金炉料中带入的Mg；②镁-混合稀土母合金炉料中带入的Mg；③补足目标合金镁余量所使用的纯金属镁锭；(2)、择料及配比择料及配比为①步骤(1)中镁-锆母合金炉料选择其中锆浓度20wt.％的镁-锆母合金；②步骤(1)中镁-混合稀土母合金选择在系数A的范围内几种不同稀土总浓度的镁-混合稀土母合金炉料中的压缩强度最高的炉料；③步骤(1)中所涉及的镁-锆母合金、镁-混合稀土母合金和工业纯镁锭中的不可避免的Fe、Si、Cu等杂质总量均小于合金或单质的重量百分比的0.5％；④步骤(1)中所涉及镁-混合稀土母合金炉料中“稀土相对组成”选定在Y为60.29wt.％、Nd为23.05wt.％、Er为1.58wt.％、Dy为5.55wt.％、Yb为1.59wt.％、Ho为1.58wt.％、Gd为3.96wt.％、La为0.79wt.％和Pr为1.58wt.％，单一稀土占混合稀重量百分比总和为99.97wt.％；⑤步骤(1)中所涉及WE54目标合金中“稀土总浓度”选定在为9.52wt.％(3)、投料顺序按配比，向感应熔炼坩埚内首先投入覆盖剂，该覆盖剂融化后再投放步骤(1)和(2)选定用于制造WE54目标合金的三种金属性炉料，并且该三种金属性炉料向坩埚内投放顺序依次为工业纯镁锭、镁-锆母合金和镁-混合稀土母合金炉料中的压缩强度最高的炉料；所述的“覆盖剂”成分构成为6份重量的KCl与4份重量的NaCl混合融化后的混合盐；该混合盐的投料量占WE54目标合金投料量的重量百分比的15％；(4)、熔炼步骤合金的熔炼在以混合盐为覆盖剂的保护下的感应熔炼方式，其中①所有感应熔炼温度均为740℃，该感应熔炼温度测量是采用在停止感应加热后迅速向融体内插入热电偶测温方式进行的；②所有感应熔炼的熔炼时间控制在投入到熔炼坩埚中的最后一块物料彻底熔化，并以此为初始计时点的此后4分钟截止；(5)、出炉与铸造铸造出炉温度为670℃，出炉铸造方式采用真空虹吸出炉直接铸棒方式；经过上述步骤和条件获得WE54稀土镁基合金。
全文摘要
本发明涉及一种WE54稀土镁基合金的遗传制法，特别是涉及使用金属遗传性原理于主炉料制备高稀土含量镁基合金遗传制法。以镁-稀土母合金为主炉料、以镁-锆中间合金和工业镁锭为另外两种炉料，以主炉料组织和力学性能的好坏为选料依据，并确定力学性能的遗传性优先于组织遗传性的原则，选用主炉料最后投料顺序、感应熔炼制备WE54镁合金；摈弃非遗传制法生产WE54合金粗放型生产模式；该方法得到的WE54稀土镁基合金铸态压缩强度达到277-246MPa，该合金铸态维氏硬度为77-89HV、该合金室温密度为1.845-1.8554g/cm³，并且该铸态母合金晶粒比较细。
文档编号C22C1/03GK101457310SQ20081005161
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者吴耀明, 曹占义, 王小林, 王立东, 王立民, 董龙祥, 谢军伟, 高声远 申请人:中国科学院长春应用化学研究所