专利名称：一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金及其制备方法。
背景技术：
20世纪90年代以来，全球掀起了镁合金开发应用的热潮，正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”，世界镁产业以每年15% 25%的幅度增长，这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁合金广泛应用于航空、航天、 交通工具、3C产品、纺织和印刷行业等。但是普通镁合金的强度不高，特别是高温性能很差， 从而限制了其应用范围。因此，具备优良的室温及高温性能的超高强镁合金的开发就显得尤为重要。稀土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、提高合金室温及高温力学性能；加入Si元素不仅可以提高合金的耐蚀性能，而且会在稀土镁合金中形成长周期堆垛结构(LPSO)，可以进一步提高镁合金的强度。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土及Si元素的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能。但是，随合金中ai元素含量增加，高强稀土镁合金铸锭易开裂，限制了超高强镁合金的铸锭尺寸，采用现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸一般直径小于 300mm，长度小于ail，这就限制了超高强镁合金在大型结构件上面的应用，制约了我国稀土镁合金产业的发展。
发明内容
本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题，而提供一种 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法。一种Mg-Gd-Y-Znjr系合金大型铸锭按质量分数由5% 11% Gd、3% 8% Y、 0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg 制备而成。一种Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、备料按质量分数5% ll%Gd、3% 8%Y、0. 5% 2· 5%Zn,0. 2% 1. 0% Zr和80% 90% Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含 Zn材料和中间合金；二、熔炼①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料放入熔炼炉中，在700°C 850 0C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的纯Mg锭和含Si材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730°C 820°C，并向熔体中通入经750°C 820°C预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min 15min， 得到精炼熔体，然后在0. 01 0. 02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750°C 820°C下静置80min 120min，然后降温至680°C 725°C得到待浇铸熔体；三、浇铸成型 以浇铸速度为25 50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0. 015MPa 0. 4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭。本发明的优点一、本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-^ 系合金大型铸锭的直径达到 500mm,长度为2500mm 3500mm ；二、对本发明制备的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭进行成分测试、组织观察体可知表面质量优良，通过电感耦合等离子体(ICP)成分分析法检测本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型铸锭可知杂质含量低，通过光学显微镜观察本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭可知无缩孔，通过ICP成分分析仪检测可知本发明备的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭成分均勻。
图1是试验一制备Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭心部至表面的成分分析图，图中的"■一表示MR-Ckl-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Gd分析图，图中的Hi^表示 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Y分析图，图中的‘表示Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭心部至表面的Si分析图，图中的表示Mg-Gd-Y-Zn-^ 系合金大型铸锭心部至表面的rLx分析图；图2是试验一制备的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的光学显微组织图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型铸锭按质量分数由 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg 制备而成。本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为 2500mm 3500mmo具体实施方式
二 本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的制备方法， 具体是按以下步骤完成的一、备料按质量分数5% ll%Gd、3% 8%Y、0. 5% 2· 5%Zn,0. 2% 1. 0% Zr和80% 90% Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含 Zn材料和中间合金；二、熔炼①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料放入熔炼炉中，在700°C 850 0C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的纯Mg锭和含Si材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730°C 820°C，并向熔体中通入经750°C 820°C预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min 15min， 得到精炼熔体，然后在0. 01 0. 02MI^下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750°C 820°C下静置80min 120min，然后降温至680°C 725°C得到待浇铸熔体；三、浇铸成型 以浇铸速度为25 50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0. 015MPa 0. 4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭。本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为 2500mm 3500mmo采用下述试验验证发明效果试验一一种Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、备料按质量分数8. 1% Gd,3% YU% Ζη,Ο. 3% ^ 和87. 6% Mg配比材料，所述的材料为2#镁锭、Mg-30wt% Gd中间合金、Mg-30wt% Y中间合金、1#锌锭和Mg_25wt% Zr中间合金；二、熔炼①、将步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭放入熔炼炉中，在800°C、SF6 气体保护下使加入的步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭完全熔化，②、待①中加入的2#镁锭和1#锌锭完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-30Wt% Gd中间合金，并在800°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-30Wt% Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-30Wt% Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-25Wt% Zr中间合金和Mg-30Wt% Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在800°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-25wt % 中间合金和Mg-30wt% Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至770°C，并向熔体中通入经770°C预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min，得到精炼熔体，然后在0. 015MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在760°C下静置lOOmin，然后降温至 700°C得到待浇铸熔体；三、浇铸成型以浇铸速度为42mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0. 3MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-& 系合金大型铸锭。本试验制备的Mg-Gd-Y-ZnIr系合金大型铸锭直径为350mm，长度为四40讓。利用电感耦合等离子体分析仪检测本试验制备的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭的心部至表面，得到成分分析图，如图1所示，从结果可以看出本试验制备的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭的成分均勻，未发生明显偏析，对本试验制备的 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部的ICP成分测试结果如表1所示，通过表1可知杂质含量低。表 1
合金元素GdYZnZrFeCuSiNi含量(wt% )8. 092. 961. 000. 150. 0030. 0020. 0080. 004对本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭采用光学显微观察，得到光学显微组织图，如图2所示，通过图2可知本试验制备的Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭无缩孔。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二的不同点是步骤一中所述的含 Zn材料为纯Si锭或Mg-Zn中间合金。其它与具体实施方式
二相同。
权利要求
1.一种Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型铸锭，其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-a·系合金大型铸锭按质量分数由 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和 80% 90% Mg制备而成。
2.如权利要求所述的一种Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的制备方法，其特征在于 Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭是按以下步骤完成的一、备料按质量分数 5% 11% Gd、3% 8% Y、0. 5% 2. 5% Ζη、0. 2% 1. 0% Zr 和80% 90% Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Si 材料和中间合金；二、熔炼①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料放入熔炼炉中， 在700°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Si材料完全熔化， ②、待①中加入的纯Mg锭和含Si材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待 ②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750°C 850°C、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730°C 820°C，并向熔体中通入经750°C 820°C预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min 15min， 得到精炼熔体，然后在0. 01 0. 02MI^下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750°C 820°C下静置80min 120min，然后降温至680°C 725°C得到待浇铸熔体；三、浇铸成型 以浇铸速度为25 50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0. 015MPa 0. 4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Znlr系合金大型铸锭。
3.根据权利要求2所述的一种Mg-Gd-Y-Zn-&系合金大型铸锭的制备方法，其特征在于步骤一中所述的含Si材料为纯Si锭或Mg-Zn中间合金。
全文摘要
一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法，它涉及一种镁合金及其制备方法。本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题。本发明镁合金铸锭是由Gd、Y、Zn、Zr和Mg制备而成。方法首先按质量分数配比材料，其次采用分步熔炼的方式将配比材料全部熔炼，然后采用RJ-5溶剂进行精炼，最后浇铸得到大型铸锭。本发明的优点一、本发明制备的镁合金铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm；二、对本发明制备的镁合金铸锭表面质量优良、杂质含量低、无缩孔，且成分均匀。本发明主要用于制备大型Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金铸锭。
文档编号C22C1/06GK102392166SQ20111033139
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者乔晓光, 吕新宇, 吴昆 , 徐超, 杜玉洲, 杨朴, 池元清, 王国军, 王晓军, 胡小石, 郑明毅 申请人:哈尔滨工业大学