专利名称：一种高强耐蚀稀土铸造镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造镁合金及其制备方法，尤其是涉及高强耐蚀稀土铸造镁合金及 其制备方法，属于金属材料或者冶金技术领域。
背景技术：
镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度和良好的切削加工性 能，在汽车、航天航空和军事装备领域具有广泛的应用前景。铸造镁合金在镁合金应用 中占很大比重。但是材料力学性能偏低、耐腐蚀性能差，严重制约了镁合金的应用，尤 其是特殊环境要求的功能部件，主、次承力部件。对于高性能镁合金部件，压铸工艺不 能满足需要，由于镁合金的铸造工艺性能普遍不如铸造铝合金，铸造镁合金的热容比铸 造铝合金低三分之一左右，薄壁复杂部件无法釆用重力金属型铸造实现成型。
另査专利申请号为200610157013.5的中国专利一种含有稀土的镁合金及其制备方 法，就是采用压铸工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高强耐蚀稀土铸造 镁合金及其制备方法，本发明的镁合金材料具有良好的室温力学性能和耐腐蚀性能，铸 造工艺性能良好，可以实现高品质部件的制造。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种高强耐蚀稀土铸造镁合金，其 特征在于镁合金的组分及其重量百分比为
Nd 1.8 4.0(wt)%;
Gd 1.0 2.0(wt)%;
Zn 0.2 0.8(wt)%;
Zr 0.4 1.0(wt)%;
Ca 0.0~0.8(wt)%;
Fe、 Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.02(wt)%;
Mg 为余量，补足至100 (wt) %。
一种高强耐蚀稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于歩骤依次为(1 )将纯镁、Mg-Nd中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Ca中间合金、纯Zn在150-250°C 预热；
(2) 熔化纯Mg:将纯镁加入到刷过涂料并经过150 25(TC千燥烘烤的坩埚中熔化， 坩埚通入SF6/C02混合气体，SF6体积含量0.5~2.0 Vol%;
(3) 加入Nd和Gd:在680 730。C先加入Mg-Nd中间合金，熔化后搅拌，之后再加 入Mg-Gd中间合金，熔化并搅拌熔体；
(4) 加入Ca和Zn:在700 73(TC加入Mg-Ca中间合金和工业纯锌，熔化后搅拌熔
体；
(5) 加入Zr:将熔体温度升至760 785。C，加入Mg-Zr中间合金并熔化，搅拌均匀， 之后静置10分钟 20分钟，捞去浮渣，在720 750'C进行浇铸。
所述的浇铸采用砂型铸造、低压铸造、差压铸造和挤压铸造来制造铸锭或者各类非 压铸镁合金铸件。
所述的铸锭或者各类非压铸镁合金铸件采用如下固溶处理方法和时效处理方法
(1) 固溶处理方法温度520 54(TC，时间6 10小时，水或者油淬火；
(2) 时效处理方法温度200-220°C，时间8 16小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于
铸造试样经过T6处理，室温抗拉强度和延伸率分别不小于240MPa和5%， 200°C 温度下抗拉强度和延伸率分别不小于200MPa和7%。
本发明的镁合金，对其进行铸造工艺性能测试，熔体在720 750。C下浇铸，铸型室 温螺旋型流动性试样的长度不小于250mm，断面收縮率不大于1.3%。
本发明的镁合金经过T6处理后，试样在室温5。/。NaCl中性水溶液中，72小时全浸 腐蚀率测试结果平均腐蚀率不超过每天每平方厘米0.22毫克，即0.22mg.cm—2(^。
发明的铸造镁合金具有熔炼过程的可控性，成本适当，力学性能、腐蚀性、铸造工 艺性能好等优点，本发明的铸造镁合金可采用砂型铸造、低压铸造、差压铸造或者挤压 铸造等工艺制造各类非压铸镁合金部件。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一歩详细描述。
具体实施实例1:
采用本发明的镁合金材料通过砂型铸造工艺制造铸件。 合金组分
Nd 2.5(wt)%; Gd l,2(wt)%;Zn 0.4(wt)%; Zr 0.4(wt)%; Ca 0.8(wt)%;
Fe、 Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.005(wt)%;
Mg 余量。
熔炼步骤为-
(1) 按要求配置合金，将纯镁、Mg-25wt%Nd中间合金、Mg-25wt%Gd中间合金、 Mg-10wt%Ca中间合金、Mg-30wt%Zr中间合金、纯Zn在150 25CTC预热；
(2) 坩埚刷涂料，加热烘干，在20(TC加入纯镁，加热熔化；
(3) 熔体温度在700°C，先加入Mg-25wt%Nd中间合金，熔化后再加入 Mg-25wt%Gd中间合金加热熔化并搅拌；
(4) 熔体温度在720。C，加入Mg-10wt。/。Ca中间合金和工业纯锌；
(5) 升温至76(TC，加入Mg-30wt。/。Zr中间合金，充分搅拌，降温至720。C,静置 IO分钟，去除浮渣准备浇铸。
浇铸的铸件某车型上的气门罩，形状为带底的五面体，最大外形尺寸为高200mm， 长300mm,宽150mm，铸件平均壁厚为15mm，铸型材料采用覆膜砂造型，采用底面 朝上，倾斜15度，底注式浇铸，浇铸时间不超过20秒。
铸件经过固溶处理和人工时效处理，部件取样室温抗拉强度245MPa，伸长率5%， 室温5%NaCl全浸腐蚀率每天每平方厘米0.21毫克((Ulmg.cm-Sd-1^
具体实施实例2:
采用本发明的镁合金材料的薄壁复杂部件的差压铸造成型。
合金组分
Nd 2.8(wt)%;
Gd 1.4(wt)%;
Zn 0.6(wt)%;
Zr 0.6(wt)%;
Ca 0.2(wt)%;
Fe、 Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.005(wt)%;
Mg 余量。
熔炼步骤为
(1) 按要求配置合金，将纯镁、Mg-25wt%Nd中间合金、Mg-25wt%Gd中间合金、 Mg-10wt%Ca中间合金、Mg-30wt%Zr中间合金、纯Zn在150 250。C预热；
(2) 坩埚刷涂料，加热烘干，在20(TC加入纯镁，加热熔化；(3) 熔体温度在700°C，先加入Mg-25wt%Nd中间合金，熔化后再加入 Mg-25wt%Gd中间合金加热熔化并搅拌；
(4) 熔体温度在72(TC，加入Mg-10wt。/。Ca中间合金和工业纯锌；
(5) 升温至765。C，加入Mg-30wt。/。Zr中间合金，充分搅拌后，降温至720。C，静 置10分钟，去除浮渣准备浇铸。
浇铸的铸件为某承力传动部件，形状为倒锥形，上下开口，最大外形尺寸为高 450mmX450mmX400mm，铸件最薄壁厚为5mm，铸型材料采用覆膜砂造型，根据需要 设置内冒口，放置冷铁，采用差压铸造工艺，型腔通入保护气体排出空气，设备系统压 差0.25MPa，充型速度20cm/s，加压速度1.5KPa/s。
铸件经过固溶处理和人工时效处理，部件取样室温抗拉强度260MPa，伸长率5%， 室温5%NaCl全浸腐蚀率每天每平方厘米0.18毫克(0.18mg.cm—2(1—1 )。
具体实施实例3:
采用本发明的镁合金材料的舱体部件的挤压铸造成型。
合金组分
Nd 2.2(wt)%;
Gd 1.8(wt)%;
Zn 0.4(wt)%;
Zr 0.6(wt)%;
Ca 0.1(wt)%;
Fe、 Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.005(wt)%;
Mg 余量。 熔炼步骤为
(1) 按要求配置合金，将纯镁、Mg-25wt%Nd中间合金、Mg-25wt%Gd中间合金、 Mg-1 Owt%Ca中间合金、Mg-30wt%Zr中间合金、纯Zn在150 250°C预热；
(2) 坩埚刷涂料，加热烘干，在20(TC加入纯镁，加热熔化；
(3) 熔体温度在700°C，先加入Mg-25wt%Nd中间合金，熔化后再加入 Mg-25wt%Gd中间合金加热熔化并搅拌；
(4) 熔体温度在72(TC加入Mg-10wt%Ca中间合金和工业纯锌；
(5) 升温至760。C，加入Mg-30wt。/。Zr中间合金，充分搅拌后，降温至720°C ，静 置10分钟，去除浮渣准备浇铸。
浇铸的铸件为某舱体部件，形状"H"形筒形件，中间隔层，长度270mm，直径 155mm，壁厚20mm，性能要求高，采用挤压铸造工艺，模具预热温度250°C以上，加 压压力160MPa，保压时间30s，浇铸过程和铸型型腔通保护气。铸件经过固溶处理和人工时效处理，部件取样室温抗拉强度310MPa，伸长率7%， 室温5%NaCl全浸腐蚀率每天每平方厘米0.16毫克(0.16mg.cn^cf1)。
实施例子中，在步骤(2)坩埚通入SF6/C02混合气体，SFd本积含量1 VoP/。左右， 而固溶处理方法，温度53(TC左右，时间8小时，水或者油淬火，时效处理方法，温度 21(TC左右，时间12小时。
权利要求
1、一种高强耐蚀稀土铸造镁合金，其特征在于镁合金的组分及其重量百分比为Nd 1.8～4.0(wt)％；Gd 1.0～2.0(wt)％；Zn 0.2～0.8(wt)％；Zr 0.4～1.0(wt)％；Ca 0.0～0.8(wt)％；Fe、Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.02(wt)％；Mg 为余量，补足至100(wt)％。
2、 一种高强耐蚀稀土铸造镁合金的制备方法，其特征在于步骤依次为(1) 将纯镁、Mg-Nd中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Ca中间合金、纯Zn在 150-250'C预热；(2) 熔化纯Mg:将纯镁加入到刷过涂料并经过150 25(TC干燥烘烤的坩埚中熔 化，坩埚通入SF6/C02混合气体，SF6体积含量0.5 2.0 Vol%;(3) 加入Nd和Gd:在680 73(TC先加入Mg-Nd中间合金，熔化后搅拌，之后再 加入Mg-Gd中间合金，熔化并搅拌熔体；(4) 加入Ca和Zn:在700 73(TC加入Mg-Ca中间合金和工业纯锌，熔化后搅拌熔体；(5) 加入Zr:将熔体温度升至760 785。C，加入Mg-Zr中间合金并熔化，搅拌均 匀，之后静置10分钟 20分钟，捞去浮渣，在720 75(TC进行浇铸。
3、 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的浇铸采用砂型铸造、低压 铸造、差压铸造和挤压铸造来制造铸锭或者各类非压铸镁合金铸件。
4、 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的铸锭或者各类非压铸镁合 金铸件采用如下固溶处理方法和时效处理方法(1) 固溶处理方法温度520 54(TC，时间6 10小时，水或者油淬火；(2) 时效处理方法温度200 22(TC，时间8 16小时。
全文摘要
一种高强耐蚀稀土铸造镁合金及其铸造方法，其特征在于镁合金的组分及其重量百分比为Nd 1.8～4.0(wt)％；Gd 1.0～2.0(wt)％；Zn 0.2～0.8(wt)％；Zr 0.4～1.0(wt)％；Ca0.0～0.8(wt)％；Fe、Cu和Ni杂质元素的总含量不大于0.02(wt)％；Mg余量补足至100(wt)％，其制备方法是将纯镁熔化后，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Gd中间合金、Mg-Ca中间合金、工业纯Zn，待全部熔化后升温至760～785℃，加入Mg-Zr中间合金熔化后充分搅拌均匀，静置10分钟～20分钟后，捞去浮渣后在720～750℃铸锭或进行铸件的浇铸，本发明的铸造镁合金具有熔炼过程的可控性，成本适当，力学性能、腐蚀性、铸造工艺性能好等优点，本发明的铸造镁合金可采用砂型铸造、低压铸造、差压铸造或者挤压铸造等工艺制造各类非压铸镁合金部件。
文档编号C22C1/03GK101575683SQ200910099330
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月1日 优先权日2009年6月1日
发明者周灵展, 宋运坤, 华 张, 徐永东, 朱秀荣, 费良军, 赵国田 申请人:中国兵器工业第五二研究所