专利名称：一种含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金及其制备方法。
背景技术：
镁合金是目前工业上可应用结构金属材料中最轻的，在相同体积下，镁合金比铝合金轻36%，比钢轻77%，它的低密度、高比强度、高比刚度、优异的机械加工性能以及良好的铸造性能使其在汽车和航空等领域得到广泛的应用，并且由于环保、节能和汽车的轻量化等要求使得镁合金在汽车上的应用受到极大的关注。Mg-Al基合金(如AZ91和AM60 等)是目前工业上应用最为广泛的镁合金系列，该系镁合金中，其强化相为Mg17A12,这类合金具有良好的铸造性能和较好的常温力学性能，但它本身存在着难以克服的缺点以离异共晶的形式呈网状沿晶界析出的粗大的Mg17Al12相，使铸态合金的塑性和强度下降，且在温度超过120°C时呈网状分布在晶界上的Mg17Al12相，很容易软化和粗大化，严重降低合金的强度。添加合金元素是有效提高镁合金性能的有效途径之一。向镁合金中添加稀土元素 (如Y、Nd、％等)、碱土元素引起了极大的关注，且添加稀土元素能显著提高合金机械性能的同时不降低其他性能。Ca由于其资源丰富价格低廉及低密度等优点被广泛添加到镁合金中提高合金的抗氧化性能、机械性能，Ca在Mg-Al基合金中有好的细化晶粒的作用，且合金凝固的过程中通过共晶反应在基体中形成Laves相Mg2Ca,抑制Mg17Al12相的形成而达到改善合金机械性能。目前，已有传统方法制备的的AX53(Mg-5Al-3Ca合金)铸态镁合金，该法制得的合金显微组织粗大，对合金的性能不利，且截止目前添加Nd对AX62 (Mg-6Al-2Ca 合金)镁合金性能影响的报道鲜见，AX62-xNd镁合金经过热变形后的性能研究更是少有报道。技术方案本发明的目的是提供一种添加稀土钕至镁-铝-钙变形镁合金中及其改善其性能的制备方法，采用本发明方法制备的添加稀土钕至镁-铝-钙变形镁合金，在提高镁合金抗拉强度的同时，还提高了其屈服强度。本发明所述制备方法简单，设备成本低，容易实施。本发明的技术方案是含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金，包括Al、Ca、Nd，各组份的质量百分含量为Al 含量为 5. 5 6. 2% ；Ca 含量为 1. 8 2. ；Nd 含量为 0. 9 4. 0 % ；余量为Mg。所述变形镁合金较好技术方案是，各组份的质量百分比为Al 含量为 6%;Ca 含量为 2%;
Nd 含量为 0. 9 4. 0 %余量为Mg。本发明所述镁合金是还含有不可避免的杂质，其总含量< 0. 15%，其不可避免的杂质为Fe，Zn, Cu，其各组份的质量百分比为Je含量< 0.02%，Si含量< 0.015%，Cu含量彡 0. 015%。上述变形镁合金的制备方法有以下步骤1).按照上述配比取各组份原料，放入容器中，将盛装有各组份原料的容器放入真空感应炉中，氩气保护下熔炼；2).待合金全部熔化后，保温5min ；3).取出盛有合金液的容器，放入盐水浴中快冷1-2分钟，得到合金锭子；4).将步骤3)得到的合金锭子在480°C下保温退火他后空冷；330°C，挤压比为 25 1的条件下进行热挤压，得到含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金。Nd元素有改善合金铸造性能、细化晶粒，提高合金抗氧化性能等优点，且我国稀土资源丰富，因此Nd被广泛用于镁合金。采用本发明方法制备得到的合金，一部分稀土 Nd固溶于α -Mg中，另一部分稀土原子Nd与Al原子发生反应以金属间化合物Al-Nd相的形式析出。经过热挤压后的合金组织细小，且析出化合物弥散分布在基体中。对合金性能的改善主要有三种强化机制一、 细晶强化，二、固溶强化，三、第二相强化。当晶粒尺寸减小时，使抗变形力增加，起到了细晶强化作用；稀土元素Nd固溶在α -Mg基体中，由于溶质和基体元素的弹性模量及原子半径不同，使基体产生一定的晶格畸变，由此产生的应力场将阻碍位错的运动，从而提高合金强度；此外，分布在晶界或者枝晶间隙中间的Al-Nd化合物阻碍位错的运动，从而起到强化作用，进而提高合金强度。本发明采用盐水浴快冷，由于冷却速度快，稀土元素的偏析问题得到解决，同时，得到的合金组织细小，对合金材料的抗拉强度、屈服强度均有良好的改善作用。本发明的制备方法有如下优点1.容易实施，成本低，能耗小及耗时短；2.本发明通过盐浴快冷得到的合金显微组织相比目前重力浇注方法制备得到的镁合金显微组织细小，偏析得到改善；3.挤压后得到的棒状合金制品，力学性能得到提高。相比于传统的重力浇注铸态 Mg-5Al-3Ca-xNd(x = 0,1,2,3)合金，抗拉强度最大可提高观％，屈服强度最大可提高约 98. 1% ；4.本发明制备方法得到的合金添加稀土 Nd元素后，改善合金性能的效果更明显； 传统的重力浇注铸态合金添加稀土 Nd元素后，相比于未添加Nd元素合金的抗拉强度最大可提高仅约3. 7%，本发明得到的挤压态合金添加稀土 Nd元素后，相比于未添加Nd元素合金的抗拉强度最大提高约31%。5.与传统的重力浇注方法制备镁合金相比，本发明操作简单，勿需制备浇注模具， 从而降低制备成本。本发明所述的镁合金材料制备时使用的原材料为高纯镁锭其含量为> 99. 9% (质量百分数，下同)，纯铝锭其含量为> 99.9%，Mg-30Ca中间合金其含量为30%的钙， Mg-30Nd中间合金其含量为30%的钕。
图1为实施例1所述镁合金(Mg-6Al_2Ca合金)的XRD图谱；
图2为实施例4所述镁合金的XRD图谱；图3为挤压态实施例1-5所述镁合金的横截面金相图，其中(a)为实施例1 ； (b) 为实施例2 ； (c)为实施例3 ； (d)为实施例4 ； (e)为实施例5 ；图4为挤压态实施例1-5所述镁合金的沿挤压方向的金相图，其中(a)为实施例 1 ； (b)为实施例2 ； (c)为实施例3 ； (d)为实施例4 ； (e)为实施例5 ；图5为挤压态实施例1-5镁合金的常温力学性能图。
具体实施例方式实施例
权利要求
1.一种含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金，其特征在于变形镁合金包括Al、Ca、Nd,各组份的质量百分含量为Al含量为5. 5 6. 2% ； Ca含量为1. 8 2. ； Nd含量为0. 9 4. 0% ； 余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金，其特征在于所述变形镁合金各组份的质量百分比为Al含量为6% ； Ca含量为2% ； Nd含量为0. 9 4. 0% ； 余量为Mg。
3.权利要求1-2任一所述的变形镁合金的制备方法，其特征在于有以下步骤1).按照权利要求1所述取各组份原料，放入容器中，将容器放入真空感应炉中，氩气保护下熔炼；2).待合金全部熔化后，保温5min；3).取出盛有合金液的容器，放入盐水浴中快冷1-2分钟，得到合金锭子；4).将步骤幻得到的合金锭子在480°C下保温退火他后空冷；330°C，挤压比为25 1 的条件下进行热挤压，得到含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金。
全文摘要
本发明涉及一种含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金及制备方法，所述变形镁合金包括Al、Ca、Nd，各组份的质量百分含量为Al含量为5.5～6.2％；Ca含量为1.8～2.1％；Nd含量为0.9～4.0％；余量为Mg。采用本发明方法制备的含稀土钕的镁-铝-钙变形镁合金，在提高镁合金抗拉强度的同时，还提高了其屈服强度。本发明所述制备方法简单，设备成本低，容易实施。
文档编号C22C1/02GK102230117SQ201110218450
公开日2011年11月2日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者刘光琼, 叶佳, 唐霞, 罗敏, 陈玉安, 陈轩 申请人:重庆大学