专利名称：含钆压铸耐热高锌镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种材料技术领域的镁合金及其制备方法，具体涉及一种通 过添加钆获得的含钆压铸耐热高锌镁合金及其制备方法。
背景技术：
随着我国航空航天业、汽车业的迅猛发展，航天器和汽车等交通工具的轻量 化就成为永恒的追求。镁合金由于具有高的比强度、比刚度、比弹性摸量，已成 为材料工作者关注的焦点。但目前由于现有镁合金的高温抗蠕变性能差，无法用 于制造对高温蠕变性能要求高的汽车传动部件，极大地阻碍了镁合金的进一歩 应用。为此，国内外对具有高温抗蠕变性能的汽车用耐热镁合金的研究开发给 予了高度重视，并先后试制研究了 Mg-Al-Si、 Mg-A1-RE、 Mg-Al-Ca、 Mg-A1-Ca-RE、 Mg-Al-Sr、 Mg-Al-Sn、 Mg-Zn-Al、 Mg-Zn-RE、 Mg- Zn-Si和Mg-Zn-Sn 等系列的耐热镁合金。在这些已得到试制研究的耐热镁合金中，Mg-Zn-Al系合 金由于具有高温性能较好、成本较低和较好的铸造性能等优势，被认为是一种有 发展前途的高温抗蠕变镁合金。
经对现有技术的文献检索发现，Luo.A等在《Magnesium alloys and their applications》(镁合金及其应用)，1998: 151 — 156上发表的"Development of a creep-resistant magnesium alloy for die casting applications"( — 种新的压铸用抗蠕变镁合金)，该文中提出在Mg-Zn-Al系列合金添加钙元素以 提高合金的蠕变性能，具体方法为在Mg-8Zn-5A1的基础上添加0. 1-2. 0%的钙 元素然后进行压铸。其不足在于 一方面添加钙之后合金的室温和高温力学性能 降低，另一方面，由于钙很容易被氧化，还存在着加钙不易的缺点，这些限制了 Mg-Zn-Al系列合金在汽车工业的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含钆压铸耐热高锌镁合金 及其制备方法，使其克服现有Mg-Zn-Al系列镁合金高温蠕变性能的不足，同时
保证合金的室温和高温力学性能不受影响。 本发明是通过以下技术方案实现的
本发明所涉及的含钆压铸耐热高锌镁合金，包含的成分及重量百分比含量
为锌6-10%，铝3_7%，礼0.2-1.0°/。，杂质元素Fe<0. 005%， Cu<0. 015%, Ni<0. 002%,其余为镁。
本发明以Mg- (6-10%) Zn- (3-7%) Al为基体，通过添加钆来强化镁合金 由于钆溶入a-Mg中，形成固溶体，具有较强的固溶强化作用；而且添加钆能够 细化晶粒，提高合金的强度和塑性，此外还能在晶界偏聚增加位错密度，加大晶 格畸变而强化晶界；并且钆能够明显的细化Mg-Zn-Al合金中的晶界析出相，使 网状的组织离散化和细化，这样能有效的定扎位错，并阻止晶界的运动，从而可 有效地提高合金的力学性能和蠕变性能。
本发明所涉及的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，具体如下首先将纯
镁、纯锌、纯铝和Mg-25y。Gd预热到20(TC，然后将纯镁放入到有气体保护的熔 炉中熔化，待镁锭完全熔化后立即加入纯锌和纯铝，纯锌和纯铝完全熔化后撇去 表面浮渣，之后继续升温，在730°C-74(TC加入Mg-25%Gd中间合金，完全熔化 后撇去表面浮渣，然后搅拌以使成分均匀，调整炉温，在745'C-755'C进行精炼、 搅拌，然后静置，最后将合金液温度下调至68(rC-70(TC时撇去表面浮渣进行压 铸。
所述完全熔化后撇去表面浮渣然后搅拌，其中搅拌时间为2分钟。 所述进行精炼、搅拌，其中搅拌时间为2分钟-4分钟。 所述静置，其时间为30分钟。
所述有气体保护，是指有N2和SFe混合气体保护，其中SF6的体积为混合气 体的0. 2%。
本发明生产效率高，而且由于添加的重稀土元素钆的含量比较少，成本比较 低廉，而且合金的室温抗拉强度、屈服强度、延伸率和蠕变性能得到了明显的提 高。与Mg-Zn-Al系列合金相比，Mg-Zn-Al合金的组织的显微组织是由a _Mg和 第二相组成的，且第二相基本上是呈网状分布的，在添加钙元素之后，晶粒仅得 以轻微的细化，同时第二相主要还是呈网状分布，而在本发明的含钆的耐热高锌 镁合金中，不仅晶粒得以细化，同时呈连续网状分布的第二相明显离散化，主要 由一些弥散化的小颗粒组成，室温强度得到明显的提高，同时由于这些晶界小颗
粒对位错的定扎作用，合金的蠕变性能也得到了明显的提高。以Mg-8。/。Zn—5yoAl 合金为例，不添加钙和钆时，合金的室温抗拉强度，屈服强度和延伸率分别为 232Mpa， 155MPa和60/。，在150°C、 35MPa条件下，100小时的蠕变量为0. 6%，在 合金中添加0.6y。的Ca之后，虽然合金在150。C、 35MPa条件下，100小时的蠕变 量锐减至O. 14%，但是合金的室温力学性能却有所降低，抗拉强度，屈服强度和 延伸率分别为219Mpa，固pa， 5%，而如果添加0. 4%的Gd之后，抗拉强度、屈 服强度、延伸率分别为246MPa， 170MPa， 7%，且在150°C、 35MPa条件下，100 小时的蠕变量为0. 08%，同时即使在175。C、45MPa条件下，Mg_8%Zn—5%Al-0. 4%Gd 合金100小时的蠕变量为0.12%，可以看出，添加钆元素之后合金的抗蠕变性能 得到明显的提高，同时合金的力学性能不仅没有降低，反而也得到了明显的提高。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
实施例l:
合金成分(重量百分比)8%Zn、 5%A1、 0.4%Gd、杂质元素总量小于0.02%， 其余为Mg。
该含钆的耐热高锌镁合金的制备工艺具体步骤为(1)按照上述成分配置合 金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，同时采用N2和SFs混合气体保护；(2)待镁 完全熔化后，在68(TC加入工业纯铝、工业纯锌；(3)继续升温，在73(TC加入 Mg-25%Gd中间合金，待合金元素全部熔化后，用工具搅拌合金液2分钟使成分 均匀；(4)将温度下调，在755。C进行精炼，搅拌3分钟，然后静置30分钟； (5)然后将温度下调至68(TC，撇去表面浮渣进行压铸。
本实施例的合金常温抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到246MPa， 170MPa， 7%，且在175。C、 45MPa条件下，100小时的蠕变量为0. 12%。
实施例2:
合金成分(重量百分比)6%Zn、 3%A1、 1.0%Gd、杂质元素小于0.02%，其 余为Mg。
该含钆的耐热高锌镁合金的制备工艺具体步骤为(1)按照上述成分配置合
金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，同时釆用队和SFe混合气体保护；(2)待镁
完全熔化后，在68(TC加入工业纯铝、工业纯锌；(3)继续升温，在温度达到735 °。时加入Mg-25%Gd中间合金，中间合金全部熔化后，用工具搅拌合金液2分钟 使成分均匀；(4)将温度下调，在750。C时进行精炼，搅拌2分钟，然后静置30 分钟；(5)然后将温度下调至69(TC时撇去表面浮渣进行压铸。
本实施例的合金常温抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到244MPa， 173MPa， 9%，且在175。C、 45MPa条件下，100小时的蠕变量为0. 11%
实施例3:
合金成分(重量百分比):9.8%Zn、 6.8%A1、 0. 5%Gd、杂质元素小于0. 02%， 其余为Mg。
该含钆的耐热高锌镁合金的制备工艺具体步骤为:(l)按照上述成分配置合 金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，同时采用&和SFe混合气体保护；(2)待纯 镁完全熔化后，在68(TC加入工业纯铝、工业纯锌；(3)继续升温，在74(TC加入 Mg-25%Gd中间合金，待合金元素全部熔化后，用工具搅拌合金液2分钟使成分 均匀；(4)将温度下调至745'C，然后进行精炼，搅拌4分钟，然后静置30分 钟；(5)然后将温度下调至70(TC时撇去表面浮渣进行压铸。
本实施例的合金常温抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到248MPa， 171MPa， 8%，且在175°C、 45MPa条件下，100小时的蠕变量为0. 1%。
权利要求
1、一种含钆压铸耐热高锌镁合金，其特征在于，包含的成分及重量百分比含量为锌6-10％，铝3-7％，钆0.2-1.0％，杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余为镁。
2、 一种如权利要求1所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征 在于首先将纯镁、纯锌、纯铝和Mg-25y。Gd预热到200'C;然后将纯镁放入到有气体保护的熔炉中熔化，待镁锭完全熔化后立即加入纯 锌和纯铝，纯锌和纯铝完全熔化后撇去表面浮渣，之后继续升温，在73(TC-740 。C加入Mg-25%Gd中间合金，完全熔化后撇去表面浮渣，再搅拌以使成分均匀， 调整炉温，在745'C-755r进行精炼、搅拌，然后静置；最后将合金液温度下调至68(TC-70(rC时撇去表面浮渣进行压铸。
3、 根据权利要求2所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征是， 所述完全熔化后撇去表面浮渣然后搅拌，其中搅拌时间为2分钟。
4、 根据权利要求2所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征是， 所述进行精炼、搅拌，其中搅拌时间为2分钟-4分钟。
5、 根据权利要求1所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征是， 所述静置，其时间为30分钟。
6、 根据权利要求1所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征是， 所述有气体保护，是指有N2和SFe混合气体保护。
7、 根据权利要求6所述的含钆压铸耐热高锌镁合金的制备方法，其特征是， 所述&和SFe混合气体，其中SF6的体积为混合气体的0. 2%。
全文摘要
一种含钆压铸耐热高锌镁合金及其制备方法，用于金属材料领域。合金成分及其重量百分比为锌6-10％，铝3-7％，钆0.2-2.0％，杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余为镁。将纯镁、纯锌、纯铝和Mg-25％Gd预热，然后将纯镁放入到有气体保护的熔炉中熔化，待镁锭完全熔化后立即加入纯锌和纯铝，纯锌和纯铝完全熔化后撇去表面浮渣，继续升温，加入Mg-25％Gd中间合金，完全熔化后撇去表面浮渣，然后搅拌，调整炉温，精炼、搅拌，然后静置，最后将合金液温度下调撇去表面浮渣进行压铸。本发明成本比较低廉，生产效率高，提高了合金的室温和高温力学性能、合金的蠕变性能。
文档编号C22C23/00GK101177751SQ20071017076
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月22日 优先权日2007年11月22日
发明者王渠东, 江 郑, 金正力 申请人:上海交通大学