一种可制备大尺寸铸锭的高强度稀土镁合金及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属合金材料制备技术领域，特别涉及一种可制备大尺寸铸锭的高强 度稀土镁合金及方法。
【背景技术】
[0002] 镁作为最轻的金属结构材料，其合金在航天航天、汽车、电子领域有着非常重要的 应用，汽车部件采用镁合金能较大幅度的降低车体质量，同时减少尾气排放，节约能耗；笔 记本、手机等电子产品的外壳可用镁合金代替，不仅外观美观，而且可减少其质量，增加用 户的好感。镁是HCP结构，强度低，同时表现出显著的各向异性。通过添加不同的合金元素 能大幅度提高镁合金强度，改善其延伸率，减小各向异性。
[0003] 镁合金中添加的合金元素分为非稀土元素和稀土元素两类，其中添加的非稀土元 素主要有Al、Zn、Zr、Μη等，如牌号为AZ31、AZ91、AM60、M2M、ZK61等的镁合金，其主要成分 为Α1、Ζη、Μη等。Α1、Ζη、Μη等对镁合金的强度及韧性有改善作用；Zr能细化合金晶粒，进 而提高镁合金强度。
[0004] 镁合金中添加的稀土元素主要包括Y、Gd、Nd、La、Ce、Sm等，稀土元素对镁合金强 度和延伸率提升很大，如牌号为ME20M的镁合金。主要的稀土镁合金体系有Mg-Gd系、Mg-Y 系、Mg-Gd-Y系、Mg-La系等。由于La系等稀土兀素价格昂贵，所以儀稀土系合金均尽量减 少这类元素的含量。同时为了提升镁合金的机械性能，加入一些非稀土元素保证较高的强 度和延伸率。目前商业上应用较多的稀土镁合金为WE43合金，但其存在强度较低，且无法 制备大尺寸铸锭等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可制备大尺寸铸锭的高强度稀土镁合金及方法，其特 征在于，所述可制备大尺寸铸锭的高强度稀土镁合金，按质量百分比，由以下组分组成： 7. 5 ~10%Gd，2. 5 ~5. 0%Υ，0· 8 ~1. 5%Ζη，0· 3 ~0· 6%Zr，杂质元素包含Ca、Cu、Si、 Fe和Ni等，杂质元素总量彡0. 2%，余量为Mg。
[0006] 所述高强度稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述稀土镁合金的制备是以纯 Mg锭、纯Zn锭、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中间合金为原料熔炼铸造并经过均匀化退火热处理获 得。
[0007] 所述熔炼铸造熔铸工艺为：采用不锈钢坩埚、感应炉，在C02+SF6(体积比99:1)混 合气体保护下进行熔炼，先将纯Mg锭熔化，升温至650~670°C时加入按比例配制好的纯 Zn锭及Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中间合金，合金化过程利用电磁力搅拌合金熔体，以保证合金 元素的均匀分布；升温至700~750°C时加入精炼剂加入精炼剂，精炼剂用量占炉料总量的 1~2%，精炼时间10~30min;精炼完成后降温至650~680°C时静置30~50min，随后向 结晶器内进行浇铸，得到直径为600_的大尺寸镁合金铸锭；随后进行均匀化退火热处理， 保温结束后对铸锭进行风冷至室温。
[0008] 所述原料Mg锭纯度为 99. 8%，Zn锭纯度 95 %。Mg-30 %Gd、Mg-30 %Y、Mg-30 % Zr中间合金纯度99. 8%，均为市售产品。
[0009] 所述均匀化退火热处理是在铸造完成后立即对铸锭进行均匀化退火热处理，均匀 化退火热处理的温度为430~450°C，保温时间为3~5小时，保温结束后对铸锭进行风冷 至室温。
[0010] 所述镁合金组分为Mg-Gd-Y-Zn-Zr，稀土元素为Gd和Y，其中Y在镁基体中最大溶 解度为12%，为了保证得到优异性能的合金，以及良好的时效析出强化和固溶强化效果，Y 的加入量不低于2. 5%，但是为了避免合金杂质含量以及降低合金生产成本，Y的加入量不 能过高，因而在镁合金组分中稀土Y元素的添加量不高于5%。
[0011] 所述精炼剂的配方为：在97. 5w%的RJ-2精炼剂中加入2. 5w%的GdCl3，其中RJ-2 精炼剂为通用镁合金精炼剂，质量百分数组成成分为：MgC12 = 38-46%，KC1 = 32-40%，CaF2 = 3-5%，BaC12 = 5. 5-8. 5%，NaCl+CaC12 彡 8%，MgO< 1%，不溶物彡 1. 5%，含水
[0012] 本发明的有益效果是与现有技术相比，高强度稀土镁合金具有优良的铸造性能， 实验结果表明，利用上述熔炼铸造及均匀化退火热处理方法，可铸造出直径Φ600πιπι的大 尺寸镁合金铸锭，且铸锭不发生热裂。同时，均匀化退火热处理后合金具有较高的室温抗拉 强度及屈服强度，抗拉强度高于210MPa，屈服强度135MPa。本发明的高强度稀土镁合金可 大批量生产，满足航空航天、汽车、电子等领域方面对于镁合金的要求。
【附图说明】
[0013] 图1为直径Φ600mm的大尺寸稀土镁合金铸锭。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供一种可制备大尺寸铸锭的高强度稀土镁合金及方法，以下通过实施例 来详细说明本发明的具体技术方案。
[0015] 本发明【具体实施方式】中涉及到的原料有纯Mg锭、纯Zn锭、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中 间合金。所述原料Mg锭纯度为99. 8%，Zn锭纯度95%。Mg-30%Gd、Mg-30%Y、Mg-30% Zr中间合金纯度99. 8%，均为市售产品。
[0016] 实施例1
[0017] 本实施例的高强度稀土镁合金，由以下组分组成：9. 8 %Gd，2.5 %Y，1.4 %Zn， 0.4%21杂质元素包含0&、(：11、3^6和附等，杂质元素总量<0.15%，余量为1%。
[0018] 本实施例的高强度稀土镁合金由纯Mg锭、纯Zn锭、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中间合金 为原料熔炼铸造并经过均匀化退火热处理获得。按组分配置合金，其熔铸工艺为：采用不锈 钢坩埚、感应炉，在C02+SF6(体积比99:1)混合气体保护下进行熔炼，先将纯Mg锭熔化，升 温至650~670°C时加入按比例配制好的纯Zn锭及Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中间合金，合金化过 程利用电磁力搅拌合金熔体，以保证合金元素的均匀分布；升温至710°C时加入精炼剂，该 精炼剂配方为：在97. 5w%的RJ-2精炼剂中加入2. 5w%的GdCl3，其中RJ-2精炼剂为通用 镁合金精炼剂，质量百分数组成成分为：MgC12 = 38-46%，KCl= 32-40%，CaF2 = 3-5%， BaC12 = 5· 5-8. 5%，NaCl+CaC12 彡 8%，MgO< 1%，不溶物彡 1· 5%，含水彡 3%。精炼剂 用量占炉料总量的1~2%，精炼时间10~30min;精炼完成后降温至650~680°C时静置 30~50min，随后向结晶器内进行浇铸，得到直径为600mm的大尺寸镁合金铸锭，如图1所 示。随后进行均匀化退火热处理，温度为430°C，保温时间5小时，保温结束后对铸锭进行风 冷至室温。
[0019] 实施例2
[0020] 本实施例的高强度