专利名称：耐热镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐热镁合金材料领域，具体涉及一种含稀土 Nd和Er耐热镁合金及其 制备方法。
背景技术：
镁合金作为最轻的金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、优良的阻尼性能 和良好的铸造性能和机械加工性能，被誉为“21世纪的绿色结构材料”，具有广泛的应用前 景。在常用的铸造镁合金牌号中，ZK60合金以其优良的室温力学性能和较好的高温力学性 能，得到了广泛的工业应用。但由于该合金在铸造时易产生晶内偏析和疏松缩孔，同时该合 金的熔炼和铸造工艺也比较复杂，在生产中存在严重的夹杂问题，热裂倾向严重，从而导致 其高温强度还是无法满足一些特殊环境下的使用要求。
发明内容
本发明所要解决的第1个技术问题是提供一种耐热性能好的镁合金。本发明所要解决的第2个技术问题是上述合金的制备方法。本发明是通过以下的技术方案实现的，所述的耐热镁合金，其成分及重量百分数 为Zn 为 4. 8 5. 2%，Nd 为 1. 4 1. 6%，Er 为 1. 4 2. 8%，Zr 为 0. 54 0. 56%，杂质 元素为31、？6、01、附，总含量小于0. 02%，其余为1%。上述合金的制备方法为a)将镁锭、锌锭、镁钕中间合金、镁铒中间合金及镁锆中间合金按给定的重量百分 数进行配料，并置于烘箱中预热至150_155°C ；b)将配制好并已混合均勻的镁合金熔炼覆盖剂置于烘箱中预热至150_155°C ；c)设定坩埚电阻炉的温度为780_785°C，待石墨坩埚被加热至300_310°C时，在石 墨坩埚中加入步骤a)中经预热的镁锭和锌锭，并撒入二分之一的步骤b)中经预热的镁合金熔炼覆盖剂；d)待石墨坩埚中的镁锭和锌锭全部熔化后，在坩埚中加入步骤a)中经预热的镁 钕及镁铒中间合金，并将其压入熔体内部；e)待镁钕及镁铒中间合金全部熔化后，在坩埚中加入镁锆中间合金，并将其压入 熔体内部，重新设定坩埚电阻炉的温度为790-795°C。待镁锆中间合金全部熔化后，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr合金液；撇去合金液表面浮渣，搅拌，撒入剩余的镁合金熔炼覆盖剂，在 790-795 °C下保温30-35分钟；f)待坩埚电阻炉的温度降到720 724 °C时，撇去合金液表面浮渣及镁合金熔 炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200-250°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Er-&铸造态合金进行T1热处理，得到高强耐热的 Mg-Zn-Nd-Er-Zr 合金。
所述的镁合金熔炼覆盖剂的成分及重量百分数为LiCl(分析纯)为35%， BaCl2(分析纯)为35%，CaF2(分析纯)为20%，KC1 (分析纯)为10%，其用量为目标合 金总量的2. 0 3. 0%。所述的T1热处理的条件为温度220°C、时间8h。本发明具有以下特点1、通过在Mg-Zn-&镁合金中添加稀土元素Nd和Er，在合金中形成具有较高熔点 和热稳定性的Mg-Zn-Er和Mg-Zn-Nd三元化合物相(即第二相)。由于这些第二相在热变 形过程中对镁基体晶界滑移产生有效的钉扎作用，提高镁合金的耐热性能和降低合金形成 显微缩松的倾向。同时这些稀土元素的加入，能够有效的抑制动态再结晶时晶粒的长大，进 一步使合金组织细化，提高合金的综合性能。2、通过对铸造态镁合金进行T1热处理，并优化时效温度和时间，充分发挥合金的 时效强化效果，进一步提高铸造镁合金的抗拉强度和硬度。为了进行性能对比，本发明同时采取上述制备方法，制备了 ZK60合金，其成分及 其重量百分数为:Zn为5.8%，&为0. 53%，杂质元素为31丄6、01、附，总含量小于0. 02%, 其余为Mg，并分别测试了其在室温条件和175°C条件下的抗拉强度。与现有技术的ZK60合金相比，本发明具有以下的有益效果 本发明与现有技术相比，所制备的Mg-Zn-Nd-Er-&合金，具有较高的室温强度和 更高的高温强度，塑性也有较大的提高，可以作为汽车发动机、自动变速箱等零部件的结构 材料，也可以作为在较高环境温度下使用的其它结构材料。
图1是本发明方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态光学显微组织照片。图2是本发明方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态SEM显微组织照片。图3是本发明方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态的EDS谱图。图4是本发明方法实施例1所制备的镁合金T1热处理态试样室温和175°C条件下 的强度试验曲线，拉伸试棒的标距和直径分别为25mm、0 5mm。图5是现有技术的ZK60镁合金T1热处理态光学显微组织照片。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步详述。
实施例1a)合金成分及重量百分数为:Zn为5.0%，Nd为1.4%，Er为2. 1%，&为0.54%， 杂质元素小于0. 02%，其余为Mg ；按以上合金成分准备工业纯镁、工业纯锌、含26. 35% Nd 的镁钕中间合金、含30. 6% Er的镁铒中间合金、含33. 48% Zr的镁锆中间合金，并进行配 料。将配制好的镁合金原料烘箱中预热至150°C。b)覆盖剂的成分及重量百分数为LiCl(分析纯)为35%，BaCl2(分析纯)为 35%, CaF2(分析纯)为20%，KCl (分析纯)为10%，其用量为目标合金总重量的2. 5%。 按以上覆盖剂的成分进行覆盖剂的配料。将配制好的覆盖剂置于烘箱中预热至150°C。c)设定坩埚电阻炉的温度为780°C，待石墨坩埚被加热至300°C时，在石墨坩埚中 加入镁锭和锌锭，撒入二分之一的配制好的覆盖剂；d)待石墨坩埚中的镁锭和锌锭全部熔化后，在石墨坩埚中加入镁钕及镁铒中间合 金，并将其压入熔体内部；e)待镁钕及镁铒中间合金全部熔化后，在石墨坩埚中加入镁锆中间合金，并将其 压入熔体内部，重新设定坩埚电阻炉的温度为790°C。待镁锆中间合金全部熔化后，撇去合 金液表面浮渣，搅拌2分钟，撒入剩余的覆盖剂，在790°C下保温30分钟；f)待坩埚电阻炉的温度降到724°C时(室温为15°C )撇去合金液表面浮渣及镁合 金熔炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Erlr铸造态合金进行Tl热处理(220°C /8h的时效处理)，得到 高强耐热的Mg-Zn-Nd-Erlr合金。本实施例的镁合金，在室温条件下的抗拉强度为269MPa，屈服强度为208MPa， 伸长率为11.8% ；在175 °C条件下的抗拉强度为174MPa，屈服强度为105MPa，伸长率为 16. 5%。本实施例的合金的显微组织见图1、图2，合金中析出相的成分见图3，强度试验曲 线见图4，现有技术的ZK60合金的显微组织见图5。从图1可以看出，由于ττ和稀土元素Er和Nd的加入，合金组织中出现连续的沿 晶界分布的网状共晶组织，晶粒得到明显的细化，其平均粒径为25 μ m.，同时晶内弥散析出 大量细小的质点。从图2、3可以看出，沿晶界连续分布的网状共晶组织和晶内弥散析出的细小质点 都是耐热性较高的Mg-Zn-Er和Mg-Zn-Nd化合物相，沿晶界分布的共晶组织中还有少量的 &析出，对合金起到了第二相增强和弥散强化的效果。从图4可以看出，经过Tl热处理后的合金，其室温和高温(175°C)抗拉强度及屈 服强度都较高，塑性也较好。从图5可以看出，现有技术ZK60合金组织中，晶内有部分年轮状或花纹状的偏析， 弥散析出少量的Y’ (MgZn)化合物相，同时沿晶界也分布有少量的Y’ (MgZn)化合物相。实施例2a)合金成分及重量百分数为:Zn为4.8%，Nd为1.6%，Er为2.8%，&为0.56%， 杂质元素小于0. 02%，其余为Mg ；按以上合金成分准备工业纯镁、工业纯锌、含26. 35% Nd 的镁钕中间合金、含30. 6% Er的镁铒中间合金、含33. 48% Zr的镁锆中间合金，并进行配料。将配制好的镁合金原料置于烘箱中预热至150°C。本实施例的步骤b) e)与实施例1的步骤b) e)相同。f)待坩埚电阻炉的温度降到722°C时(室温为20°C )撇去合金液表面浮渣及镁合 金熔炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Erlr铸造态合金进行Tl热处理(220°C /8h的时效处理)，得到 高强耐热的Mg-Zn-Nd-Erlr合金。本实施例的合金，在室温条件下的抗拉强度为259MPa，屈服强度为166MPa，伸长 率为11. 5% ；在175°C条件下的抗拉强度为165MPa，屈服强度为108MPa，伸长率为18. 4%。实施例31)合金成分及重量百分数为:Zn为5.2%，Nd为1.5%，Er为1.4%，&为0.55%， 杂质元素小于0. 02%，其余为Mg ；按以上合金成分准备工业纯镁、工业纯锌、含26. 35% Nd 的镁钕中间合金、含30. 6% Er的镁铒中间合金、含33. 48% Zr的镁锆中间合金，并进行配 料。将配制好的镁合金原料置于烘箱中预热至150°C。本实施例的步骤b) e)与实施例1的步骤b) e)相同。f)待坩埚电阻炉的温度降到720°C时(室温为25°C )撇去合金液表面浮渣及镁合 金熔炼覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Erlr铸造态合金进行Tl热处理(220°C /8h的时效处理)，得到 高强耐热的Mg-Zn-Nd-Erlr合金。本实施例的合金，在室温条件下的抗拉强度为243MPa，屈服强度为183MPa，伸长 率为10. 6% ；在175°C条件下的抗拉强度为159MPa，屈服强度为106MPa，伸长率为16. 3%。以上实施例1 例3的性能与现有技术的ZK60合金的比较见下表
权利要求
耐热镁合金，其特征在于，各组分及其质量百分数为Zn为4.8～5.2％，Nd为1.4～1.6％，Er为1.4～2.8％，Zr为0.54～0.56％，杂质元素为Si、Fe、Cu、Ni，总含量小于0.02％，其余为Mg。
2.权利要求1所述的耐热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a)将镁锭、锌锭、镁钕中间合金、镁铒中间合金及镁锆中间合金按给定的重量百分数进 行配料，并置于烘箱中预热至150-155°C ；b)将配制好并已混合均勻的镁合金熔炼覆盖剂置于烘箱中预热至150-155°Cc)设定坩埚电阻炉的温度为780-785°C，待石墨坩埚被加热至300-310°C时，在石墨坩 埚中加入步骤a)中经预热的镁锭和锌锭，并撒入二分之一的步骤b)中经预热的镁合金熔 炼覆盖剂；d)待石墨坩埚中的镁锭和锌锭全部熔化后，在坩埚中加入步骤a)中经预热的镁钕及 镁铒中间合金，并将其压入熔体内部；e)待镁钕及镁铒中间合金全部熔化后，在坩埚中加入镁锆中间合金，并将其压入熔 体内部，重新设定坩埚电阻炉的温度为790-795°C。待镁锆中间合金全部熔化后，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr合金液；撇去合金液表面浮渣，搅拌，撒入剩余的镁合金熔炼覆盖剂，在 790-795 °C下保温30-35分钟；f)待坩埚电阻炉的温度降到720 724°C时，撇去合金液表面浮渣及镁合金熔炼 覆盖剂，将合金液浇注入经预热至200-250°C的钢制模具中，并在空气中自然冷却，得到 Mg-Zn-Nd-Er-Zr铸造态合金；g)将Mg-Zn-Nd-Erlr铸造态合金进行Tl热处理，得到高强耐热的Mg-Zn-Nd_Er-&合^^ ο
3.根据权利要求2所述的耐热镁合金的制备方法，其特征在于所述的镁合金熔炼覆 盖剂的成分及重量百分数为=LiCl (分析纯)为35% ,BaCl2 (分析纯)为35%，CaF2 (分析 纯)为20%，KCl (分析纯)为10%，其用量为目标合金总量的2.0 3.0%。
4.根据权利要求2所述的耐热镁合金的制备方法，其特征在于所述的Tl热处理的条 件为温度220°C、时间8h。
全文摘要
本发明公开了耐热镁合金及其制备方法，属于耐热镁合金材料领域。本发明所提供的合金中各组分及其重量百分数为Zn为4.8～5.2％，Nd为1.4～1.6％，Er为1.4～2.8％，Zr为0.54～0.56％，杂质元素为Si、Fe、Cu、Ni，总含量小于0.02％，其余为Mg。本发明通过将镁锭、锌锭在石墨坩埚中采用覆盖剂保护下经780℃加热至熔化后，再加入镁钕及镁铒中间合金，待中间合金全部熔化后，最后加入镁锆中间合金，在790℃下加热至全部熔化，经搅拌、保温后撇去合金液表面浮渣及覆盖剂，浇注入钢制模具中，在空气中自然冷却，将得到的铸造态镁合金进行T1热处理，得到高强耐热的Mg-Zn-Nd-Er-Zr合金。本发明的合金具有较高的室温强度和高温强度。
文档编号C22C1/03GK101880806SQ20101020925
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者周天承 申请人:周天承