一种高轧制成形能力镁-稀土合金及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种高轧制成形能力镁?稀土合金及其制备方法。该镁?稀土合金中各元素质量百分含量分别为Gd：4.8?5.2％，Y：2.3?2.8％，Zn：1.9?2.3％，Al：0.8?1.2％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03％，余量为Mg。制备方法为：以纯Mg、纯Zn、纯Al、Mg?Gd中间合金、Mg?Y中间合金为原料，原料熔化后进行搅拌、精炼、扒渣，保温静置后降温，浇注成型得到镁合金铸坯或镁合金铸锭，镁合金铸坯或镁合金铸锭经过匀质化处理后，在轧机上热轧制成形得到镁?稀土合金。本发明提供一种新型低成本、高轧制成形能力镁?稀土合金，具有良好的综合机械性能，可作为高强度结构材料使用。
【专利说明】
-种高$L制成形能力镇-稀±合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于新材料技术领域，设及的是一种儀基合金及其制备方法，具体设及一 种高社制成形能力儀-稀±合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 稀±元素由于具有独特的核外电子排布，在冶金、材料领域中有独特的作用，具有 净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室溫及高溫力学性能、增强合金耐蚀性能等功能。 因此，儀-稀±合金具有儀合金的固有优点，如密度小、比强度高、具有金属光泽等，同时又 具有耐热强度高、蠕变性能优良的新特点。
[0003] 由于稀±相的增强作用，儀-稀±合金在室溫及高溫下均表现出优异的力学性能 而备受青睐。然而，正是由于儀-稀±合金的高强性能，反而使其变形能力很差，多数仅能通 过挤压的方法进行变形加工。一般而言，在Mg-Zn-RE合金体系中有Ξ种Ξ元平衡相，即W相 (Mg3Zri3RE2，立方结构）、I相（MgsZnsRE，二十面体准晶结构似及財目（MguZnRE，长周期堆煤 结构）[Materials&Design 87(2015)245-255,Journal of Alloys and Compounds 426 (2006) 155-161]。在运Ξ种相中，I和X两种相被认为是有效增强相而受到较多关注 [Materials Science and Engineering:A 373(2004)320-327,Scripta Materialia 53 (2005)799-803]。然而，由于与基体之间较弱的结合力[Materials Science and Enginee;ring:A 373(2004)320-327]及在拉伸过程中的断裂倾向[Journal of Alloys and Compounds 432(2007) 129-134]，通常认为W相是一种破坏相而非有益相。Mg-Zn-RE合金中 W、I和ΧΞ种相的形成取决于化(wt. % )/RE(wt. % )比值：当化(wt. % )/RE(wt. % )大于4.38 时，只有I相生成；当Zn(wt.%)/RE(wt.%)位于1.10和4.38之间时，同时生成1相和￥相；当 ai(wt.%)/RE(wt.%)小于1.10时只有W相生成；而当Zn(wt.%)/RE(wt.%)相当小时则会 出现財目[Journal of Alloys and Compounds 426(2006)155-161]。运些金属间化合物沉 淀在晶界处抑制晶界滑移，从而提高合金的室溫、高溫力学性能。但是运种强化合金的方式 势必会降低合金的延伸率，影响合金的热加工成形性能，特别是含W相的儀-稀±合金的社 制成形能力。
[0004] Mg-Gd-Y系儀合金具有优异的力学性能，但是由于其成本较高，不利于普遍应用。 所W，在保证一定力学性能的前提下，降低合金中稀±元素的含量，研制一些新型合金成为 Mg-RE系合金重点发展的方向之一。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是在降低儀-稀±合金材料成本的同时，提供一种高社制成形能力 儀-稀±合金及其制备方法。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] 一种高社制成形能力儀-稀±合金，该高社制成形能力儀-稀±合金W商业纯Mg、 商业纯化、商业纯Al、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金为原料，原料烙化后进行揽拌、精炼、?Λ 渣，保溫静置后降溫，诱注成型得到具有高社制成形能力儀-稀±合金;所述的儀-稀±合金 中各元素质量百分含量分别为Gd:4.8-5.2%，Υ:2.3-2.8%，Zn: 1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%， 不可避免的化、化、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg。
[0008] 上述高社制成形能力儀-稀±合金的制备方法，具体包括W下步骤：
[0009] W商业纯Mg、商业纯Zn、商业纯Al、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金为原料;按照产 品的质量百分含量为Gd:4.8-5.2%，Υ:2.3-2.8%，Zn:1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%，不可避免 的化、化、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg的配比将原料混合;合金元素烙化后进行烙 炼、揽拌、化渣，保溫静置后降溫，诱注成型得到儀合金铸巧或儀合金铸锭;所得儀合金铸巧 或儀合金铸锭经过匀质化处理后，在社机上热社制成形，得到高社制成形能力儀-稀±合 金；
[0010] 所述的诱注成型的方法为金属模具诱注成型或连铸成型;若采用连铸成型方式诱 注成型，在连铸成型过程中，结晶器内儀烙体采用SF6/C02气体保护。所述的烙炼过程中采用 如下两种方式之一进行保护:一种是SF6/C02气体保护，一种是烙剂保护;所述的烙炼工艺参 数为:烙体保溫溫度为740-750°C，保溫静置时间为25-45min，诱注溫度为700-740°C。所述 匀质化处理的工艺参数为：均匀化溫度为420-550°C，保溫时间为5-15h，冷却方式为空冷。 所述热社制的主要工艺参数为:社制溫度为420-550°C，道次间变形量为1-10%，道次间保 溫时间为5-15min，总变形量为50-85%。
[0011] 本发明的有益效果为：
[0012] (1)本发明在儀合金中添加 Gd、Y、Zn、Al等元素，合金中优先形成大量团簇状Ain (Y，Gd)3颗粒相和少量多边形块状Al2(Y，Gd)相，运便降低了合金中Gd、Y的含量，于是W相向 片层状生长的趋势受到抑制，仅发育成尺寸较小的颗粒。如此一来，W相对合金在变形过程 中破坏力显著降低。
[OOU] (2)无论W化还是Ahi(Y，Gd)3和Al2(Y，Gd)相，均是硬质相。在社制过程中均会强 烈刺激儀基体动态再结晶的发生，显著提高合金的社制变形能力。在总变形量为60-80 %的 情况下，合金板材的边裂和面裂均得到了抑制。
[0014] (3)本发明采用的都是常规的烙炼、成型，匀质化处理及热社制处理等方法，Gd、Y 总含量小于8 %，具有生产成本低，生产效率高，操作易于进行等特点，利于规模化商业生 产。
[0015] (4)本发明的儀-稀±合金同时具有一定的力学强度，高的伸长率，和利于热社制 加工(无明显边裂、面裂特征）的特点，是儀合金生产与应用的理想材料。本发明的儀-稀± 合金社制后的各项力学性能见下表：
[0016] Mg-Gd-Y-Zn-Al 的力学性能
[0017]
【附图说明】
[001引图1为实施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金社制板材的表面照片图；
[0019]图2为实施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金铸态显微组织照片图；
[0020] 图3为实施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金社制态显微组织照片图。
【具体实施方式】
[0021] W下通过具体的实施例对本发明的技术方案做详细描述。
[0022] 实施例1
[0023] 合金的化学成分(质量百分比）为:5.1%6(1、2.6%￥、2.1%化、1.(^1，杂质元素化、 〇1、化、51的总量小于0.03%，余量为1邑。
[0024] 制备合金的烙铸和社制工艺为：首先按配比称料，将1旨、211、41、1旨-6(1中间合金、 Mg-Y中间合金预热到200°C，然后将Mg放入预热到100°C的相锅中，并通入SF6:C02体积比为 1:100的保护气体，待Mg完全烙化后加入Zn，当烙体溫度达到740°C时加入Mg-Y中间合金、 Mg-Gd中间合金，加入的中间合金烙化后，通入氣气精炼揽拌lOmin，除渣后在740°C静置 25min，待溫度降至700°C后，采用金属模具诱铸成扁锭。所得扁锭在450°C匀质化处理lOh后 空冷，车削后在420°C进行社制，道次间变形量3%，道次间保溫时间为15min，社制总变形量 为70%，最后得到无边裂、面裂的儀-稀±合金板材。
[0025] 实施例2
[00%] 合金的化学成分(质量百分比）为:5.0%6(1、2.8%￥、2.0%化、0.941，杂质元素化、 〇1、化、51的总量小于0.03%，余量为1邑。
[0027] 制备合金的烙铸和社制工艺为：首先按配比称料，将1旨、211、41、1旨-6(1中间合金、 Mg-Y中间合金预热到200°C，然后将Mg放入含有已烙化烙剂的烙化炉中，待Mg完全烙化后加 入化、A1，当烙体溫度达到750°C时加入Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金，加入的中间合金烙 化后，通入氣气精炼揽拌15min，除渣后在740°C静置30min，待溫度降至720°C后，采用电磁 连铸法得到圆柱巧料。电磁连铸工艺参数为：电源功率为lOkW、电源频率2000化、稳定拉巧 速率为8cm/min、冷却水量为1.5m3/h，结晶器内通入SF6: C〇2体积比为1:100的保护气体。所 得连铸巧在500°C下匀质化处理化后空冷，机械加工为40mm的板巧，在450°C进行社制，道次 间变形量5%，道次间保溫时间为lOmin，社制总变形量为80%，最后得到无边裂、面裂的儀- 稀±合金板材。
[0028] 实施例3
[00巧]合金的化学成分(质量百分比）为:5.0%Gd、2.7%Y、2.0%ai、1.0Al，杂质元素化、 〇1、化、51的总量小于0.03%，余量为1邑。
[0030]制备合金的烙铸和社制工艺为：首先按配比称料，将1旨、211、41、1旨-6(1中间合金、 Mg-Y中间合金预热到200°C，然后将Mg放入含有已烙化烙剂的烙化炉中，待Mg完全烙化后加 入化、A1，当烙体溫度达到750°C时加入Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金，加入的中间合金烙 化后，通入氣气精炼揽拌15min，除渣后在740°C静置30min，待溫度降至720°C后，采用普通 连铸法得到圆柱巧料。连铸工艺参数为：稳定拉巧速率为8cm/min、冷却水量为1.5m^h，结 晶器内通入SF6:C02体积比为1:100的保护气体。所得连铸巧在500°C下匀质化处理化后空 冷，机械加工为40mm的板巧，在450°C进行社制，道次间变形量5%，道次间保溫时间为 lOmin，社制总变形量为80%，最后得到无边裂、面裂的儀-稀±合金板材。
【主权项】
1. 一种高乳制成形能力镁-稀土合金，其特征是：该高乳制成形能力镁-稀土合金以商 业纯Mg、商业纯Zn、商业纯A1、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金为原料，原料熔化后进行搅拌、 精炼、扒渣，保温静置后降温，浇注成型得到具有高乳制成形能力镁-稀土合金;所述的镁-稀土合金中各元素质量百分含量分别为Gd: 4 · 8-5 · 2 %，Y: 2 · 3-2 · 8 %，Zn: 1 · 9-2 · 3 %，A1: 0.8-1.2%，不可避免的？6、&1、附、3丨杂质总量小于0.03%，余量为1%。2. 权利要求1所述的一种高乳制成形能力镁-稀土合金的制备方法，其特征是： 以商业纯Mg、商业纯Zn、商业纯A1、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金为原料;按照产品的 质量百分含量为Gd:4.8-5.2%，Y:2.3-2.8%，Zn: 1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%，不可避免的 Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg的配比将原料混合;原料熔化后进行搅拌、精 炼、扒渣，保温静置后降温，浇注成型得到镁合金铸坯或镁合金铸锭;所得镁合金铸坯或镁 合金铸锭经过匀质化处理后，在乳机上热乳制成形，得到高乳制成形能力镁-稀土合金； 所述熔炼的工艺参数为:熔体保温温度为740-750 °C，保温静置时间为25-45min，浇注 温度为 700-740 °C; 所述匀质化处理的工艺参数为：均匀化温度为420-550 °C，保温时间为5-15h，冷却方式 为空冷； 所述热乳制的主要工艺参数为：乳制温度为420-550°C，道次间变形量为1-10%，道次 间保温时间为5-15min，总变形量为50-85%。3. 根据权利要求2所述的高乳制成形能力镁-稀土合金的制备方法，其特征是:所述的 熔炼过程中采用SF6/C0 2气体保护或采用熔剂保护。4. 根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述的浇注成型的方法为金属模 具浇注成型或连铸成型。5. 根据权利要求2或3所述的高乳制成形能力镁-稀土合金的制备方法，其特征是:所述 的浇注成型采用连铸成型方式时，在连铸成型过程中，结晶器内镁熔体采用SF 6/C02气体保 护。6. 根据权利要求4所述的高乳制成形能力镁-稀土合金的制备方法，其特征是:所述的 浇注成型采用连铸成型方式时，在连铸成型过程中，结晶器内镁熔体采用SF 6/C02气体保护。
【文档编号】C22C23/06GK106011572SQ201610340013
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】房灿峰, 刘光旭, 张路, 闻志恒, 郝海, 孟令刚, 张兴国
【申请人】大连理工大学