专利名称：一种中强韧稀土耐热镁合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种中强韧稀土耐热镁合金。
背景技术：
镁合金具有密度轻、比强度和比刚度高、易回收等优点，在汽车、通讯电子、航空航天等领域具有广泛的应用前景。但镁合金的高温力学性能较差。当温度升高时，其强度和抗蠕变性能往往大幅下降，因此难以作为高温长时间使用的零部件。目前，国内外有关耐热和高流动性镁合金的研究主要集中在Mg-Al系合金，占压铸镁合金总量的90%以上。但该系合金组织中的主要强化相β -Mg17Al12熔点仅为437°C，热稳定性较差，在高于120°C时开始发生软化和粗化，不能有效钉扎晶界及抑制高温晶界区滑动，导致合金高温强度低和抗蠕变性能差，其零件不适合在高于120°C的环境中工作。研究表明，在Mg-Al系合金中添加稀土 RE，添加的RE元素优先与Al相结合生成高热稳定性的Al-RE相，有效抑制低熔点b-Mg17Al12相的析出，同时能细化组织，因此RE的添加能有效改善Mg-Al合金组织和提高高温性能及抗螺变性能,从而开发出新型高性能Mg-Al-RE系耐热镁合金，扩大镁合金的应用范围。CN 200810057360.X名称为“一种含Nd耐热镁合金及其制备方法”的发明专利公开了通过在Mg-Al合金中添加高稀土 Nd含量(5.5飞.5%)，析出高热稳定性的Al2Nd强化相(熔点为1500°C)，完全消耗过饱和的固溶Al，减少蠕变过程中析出的b-Mg17Al12相，从而提高其高温力学性能和抗蠕变性能。该发明的Mg-(5.5飞.5)Α1-(3.5飞.5)Nd合金在175°C时的抗拉强度和延伸率分别为149 157MPa和24 28%，在150°C、70MPa和IOOh条件下的总蠕变量为1.9 2.4%οCN 200810 042784.9名称为“含Ca和重稀土 Gd的压铸耐热镁合金及其制备方法”的发明专利公开了通过在Mg-Al合金中复合添加稀土Gd和碱土金属Ca，同时析出高热稳定性的Al2Gd和Al2Ca强化相(熔点分别为1523°C和1079°C )，有效抑制b_Mg17Al12相的析出，从而提高其高温力学性能。该发明的Mg-(3 8)Al-(0.Γ3.0)Gd-(0.1 3.0)Ca-(0 0.5)Mn合金的压铸态室温抗拉强度和延伸率分别为225 247MPa和5.Γ6.3%，在200°C时的抗拉强度和延伸率分别为183 205MPa和9.5 11.6%，在150°C、70MPa和IOOh条件下的总蠕变量为0.02 0.04%，在200°C、70MPa和IOOh条件下的总蠕变量为0.09 0.20%。上述两专利分别通过单独添加Nd或复合添加Gd和Ca来提高Mg-Al系合金的高温力学性能，但添加的Nd价格较贵，Ca的添加将导致热裂倾向变严重。
发明内容
本发明的目的在于克服Mg-Al合金的耐热性能不足，提供一种中强韧稀土耐热镁
I=1-Wl O本发明所述耐热镁合金的组分及其重量百分比为:A1 3.(Γ7.0%，Sm 0.5^3.0%和Zn 0.3 1.0%，余量为 Mg。
本发明所述最佳的耐热镁合金的组分及其重量百分比为:A1 6.0%，Sm 1.0%和Zn
0.6%，余量为Mg。Al是耐热镁合金中最主要的合金元素，在Mg中的最大固溶度达12.7%。当Al含量< 10%时，随着Al含量的增加，合金的抗拉强度逐渐提高，而延伸率先提高后下降。研究表明，含有5飞%A1的Mg-Al系合金具有最佳的强度和塑性组合。b-Mg17Al12相在高温下易发生软化和粗化，不能有效钉扎晶界，高温力学性能和抗蠕变性能较差，而b-Mg17Al12相随着Al含量的增加而增多，所以Al含量选择为3.(Γ7.0%。Sm属于轻稀土元素，价格较Nd便宜，是耐热镁合金中常用的合金元素之一，在Mg中的最大固溶度达5.88%。加入Mg-Al合金中生成高热稳定性的Al2Sm相(熔点为1500°C)，有效抑制低熔点b-Mg17Al12相的析出，从而提高其高温力学性能和抗蠕变性能。研究表明，Mg-Al系合金加入1.5%Sm后的组织与力学性能达到最好。所以Sm含量选择为0.5^3.0%。Zn也是镁合金中常用的特征元素，其对镁合金的影响仅次于Al。Zn通常与Al结合用于增加Al在Mg中的固溶度，提高Al的固溶强化作用，有较强的沉淀强化作用。在合金中，Al/Zn比是值得重视的一个参数。研究表明，当Al含量〈8%时，随着Zn含量的增加，抗拉强度提高，但是延伸率下降；当Zn含量〈1%时，合金处于可铸造区，所以Zn含量选择为
0.3 1.0%。本发明以3.(Γ7.0%A1作为基本成分，加入0.5^3.0%Sm形成小块状高热稳定性Al2Sm相，有效抑制低熔点b-Mg17Al12相的析出，且成弥散分布，提高其高温力学性能；加入
0.3^1.0%Ζη后，添加的Zn主要固溶于a_Mg基体和b_Mg17Al12相中，提高其高温力学性能(见图1和2)。合理的熔铸方法可有效地保证稀土元素的溶解和减少其烧损。通过合理的压铸方法(模具温度、压射时间等)，在较快的冷却速度条件下，晶粒明显细化，第二相颗粒被有效地破碎、细化(见图4和5)，起到弥散强化合金基体和钉扎晶界的作用，有效阻碍高温晶界滑移。因此本发明的Mg-Al-Sm-Zn合金呈现中等强韧性和优良的流动性能，可拓宽Mg-Al系耐热镁合金在轨道交通、汽车、运动器械、3C等领域的应用。
图1是实施例2的铸态光学显微组织照片。图2是实施例2的铸态扫描显微组织照片。图3是实施例2的铸态XRD谱。图4是 实施例2的压铸态光学显微组织照片。图5是实施例2的压铸态扫描显微组织照片。
具体实施例方式本发明所述耐热镁合金的熔铸方法:在0)2和0.2vol%SFjg合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Al、Mg-30%Sm中间合金和工业纯Bi加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750°C，静置30min ；最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后浇入预热温度为250°C的Y型金属型模具中，凝固成铸态试样。熔体浇入预热温度为350°C的螺旋型金属型模具(型腔截面l(T8mm2)中，凝固成铸态流动性试样。熔体分别快速压入预热温度为250°C的压铸力学性能模具和压铸流动性模具(型腔截面R5mm的半圆)中，凝固成压铸态力学性能试样和流动性试样。结合本发明技术方案的内容提供以下三个实施例和两个对比例，但本发明的保护范围不限于下述三个实施例。实施例1
合金成分的重量百分比为=Al 3.0%，Sm 0.5%和Zn 0.3%，余量为Mg。实施例1的铸态室温抗拉强度和延伸率分别为205MPa和10.0%，150°C的抗拉强度和延伸率分别为168MPa和18.5%，铸态流动长度为300mm。实施例2
合金成分的重量百分比为=Al 6.0%，Sm 1.0%和Zn 0.6%，余量为Mg。实施例2的铸态室温抗拉强度和延伸率分别为235MPa和16.0%，150°C的抗拉强度和延伸率分别为171MPa和20.0%，铸态流动长度为320mm ;压铸态室温抗拉强度和延伸率分别为275MPa和14.0%，压铸态流动长度为2300mm。实施例3
合金成分的重量百分比为=Al 7.0%，Sm 3.0%和Zn 1.0%，余量为Mg。实施例3的铸态室温抗拉强度和延伸率分别为225MPa和9.5%，150°C的抗拉强度和延伸率分别为168MPa和23.0%，铸态流动长度为290mm。对比例I AZ61合金，合金成分的重量百分比为:A1 6.0%和Zn 1.0%，余量为Mg。对比例I的铸态室温抗拉强度和延伸率分别为205MPa和5.5%，150°C的抗拉强度和延伸率分别为HOMPa和6.5%，铸态流动长度为165mm。对比例2
AZ91D合金，合金成分的重量百分比为:A1 9.0%和Zn 1.0%，余量为Mg。对比例2的铸态流动长度为330mm，压铸态室温抗拉强度和延伸率分别为210MPa和2.5%，压铸态流动长度为2450mm。本发明的实施例和对比例的流动性能和拉伸力学性能列于表I中。
表I实施例和对比例的流动性能和拉伸力学性能
权利要求
1.一种中强韧稀土耐热镁合金，其特征是由以下组分和重量百分比组成:A1.3.0 7.0%, Sm 0.5 3.0% 和 Zn 0.3 1.0%,余量为 Mg。
2.根据权利要求1所述的耐热镁合金，其特征是由以下组分和重量百分比组成:A1.6.0%, Sm 1.0% 和 Zn 0.6%,余量为 Mg。
全文摘要
一种中强韧稀土耐热镁合金，其特征是由以下组分和重量百分比组成Al3.0~7.0%，Sm0.5~3.0%和Zn0.3~1.0%，余量为Mg。本发明的镁合金铸态室温抗拉强度和延伸率分别为235MPa和16.0%，150℃时的抗拉强度和延伸率分别为171MPa和20.0%，相同条件下对比AZ61合金，室温抗拉强度和延伸率分别提高14.6%和190%，150℃时的抗拉强度和延伸率分别提高22.1%和207%，铸态流动性能与AZ91D合金相当。压铸态室温抗拉强度和延伸率分别为275MPa和14.5%，压铸态流动性能略低于AZ91D合金。它是一种低成本中强韧稀土耐热镁合金，尤其是高温性能较优异的耐热镁合金，适用于轨道交通、汽车、运动器械、3C等行业。
文档编号C22C23/02GK103215481SQ20131013344
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者戚文军, 黄正华, 周楠, 蔡畅, 徐静, 李涛 申请人:广州有色金属研究院