专利名称：一种铸造耐热镁合金的制作方法
技术领域：
一种铸造耐热镁合金，涉及一种轻金属材料，尤其是一种铸造耐热镁合金材料。
背景技术：
镁合金作为最轻的结构金属材料，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度虽然与铝合金和钢相当但远高于工程塑料。目前汽车、轨道交通、航空工业等已成为镁合金应用的最大领域，但一般镁合金在温度超过120℃时，其高温强度及蠕变强度会大幅下降，这限制了镁合金在汽车发动机、传动部件(如变速箱壳体、汽缸体、汽缸盖、进/排气管)以及飞机发动机机匣等交通和航空航天领域上的应用，为此世界各国科研机构开展了大量的研究工作，研究开发耐热镁合金。
最早开发的较高耐热性的镁合金是Mg-Th系列，该系镁合金的高温蠕变性能良好，锻件和铸件的使用温度可达到350℃，曾大量用在导弹和飞机上，但因为Th具有放射性，所以现在已不用该系镁合金。随后开发了AE系(如AE42Mg-4Al-2.5RE)，WE系(如WE43Mg-4Y-2.25Nd-1Zr)，EZ系(如EZ33Mg-3RE-2.5Zn-0.6Zr)等稀土耐热合金，这些稀土元素使镁合金晶界扩散渗透性减小，相界的凝聚作用减慢，且形成的第二相热稳定性较高，在整个高温持续时间内对位错运动起到了障碍作用。该类合金的特点是稀土含量较高，有较好的耐热性，长期使用温度在120℃以上，但浇铸工艺难控制，制品稳定性低，且塑性较差，难于加工变形。此外还有AS系(如AS41；Mg-4Al-1Si)，具有成本低，塑性高，耐热性能优于AZ91等一般镁合金的优点，但由于铝含量低，铸造性能差，此外其强化相Mg2Si在凝固速度较慢的条件下会形成粗大的“汉字状”，使合金的抗拉强度和屈服强度都较低。近几年来，日本、美国的科研人员研究开发了部分含Ca的镁合金，如美国的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al-0.6Ca)，日本的Mg-2Zn-0.8Ca-2Mn-0.5Zr等，据称抗蠕变性能达到或超过AE42等稀土镁合金，但随着Ca元素的添加，合金晶粒粗化，热裂性倾向增加。目前耐热镁合金的研究与开发仍然是镁应用研究的一个重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在室温和高温条件下均具有良好力学性能、可以满足汽车及航空航天领域对镁合金的需求新型的铸造耐热镁合金。
本发明采用以下技术方案。
一种铸造耐热镁合金，其特征在于其质量百分比组成为钆5％～10％；锰0.5％～1.0％；钪0.3％～0.8％；余量为镁和不可避免的杂质由于Mg与Gd之间的原子间结合力大，Gd在Mg中的固溶度可达23.5wt.％，Gd与Mg的原子半径差接近固溶上限的15％，合金的固溶强化和时效强化效果明显，时效析出的Mg5Gd相的熔点高、热稳定性好；Gd含量在20％以上的Mg-Gd二元合金的强度高，但延伸率却极低，由于Sc在合金中的低扩散性，且其原子半径接近于镁，是一种理想的合金元素，但是合金在时效过程中缓慢生成的MgSc沉淀，该相对提高机械性能的作用非常微弱，因为其界面不共格，所以Mn做为第三加入元素，Sc和Mn会生成稳定的中间金属化合物，生成的Mn2Sc是共格的，可以对合金起到强化作用，提高镁合金的抗蠕变性、硬度和强度。
本发明的合金的的制备方法是将镁锭熔化后，升温到800-830℃，在熔剂保护下加入中间合金Mg-Gd，Mg-Sc中间合金和MnCl2，待熔化后，搅拌静置10-20分钟，降温到700-720℃进行浇铸。
本发明提出的耐热镁合金以钆做为主要合金元素，可以与镁生成镁-钆强化相，该相高温稳定性好，且钆可以以金属钆或中间合金的形式加入，合金元素Mn也可以以中间合金或化学试剂的形式加入，操作方便易行，Sc虽然价格昂贵，但加入量超过0.3％即可起到强化效果，以中间合金的形式加入可以有效地降低合金的熔炼温度和Sc的偏析。Sc与Mn生成共格的Mn2Sc可以有效地强化合金。
本发明提出的耐热镁合金在室温条件下具有良好的力学性能，在200-300℃的条件下，合金的强度下降缓慢，具有良好的耐高温性。
具体实施例方式
一种铸造耐热镁合金，其质量百分比组成为钆5％～10％；锰0.5％～1.0％；钪0.3％～0.8％；余量为镁和不可避免的杂质以下通过具体实例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1耐热镁合金的组分及重量百分比Gd5％；Mn1.0％；Sc0.5％；余量为镁和铸造过程中不可避免的杂质。合金经500℃，6小时保温固溶，然后在250℃，12小时保温时效后，其力学性能如下
25℃条件下，抗拉强度148.65Mpa，屈服强度101.12Mpa，延伸率6.44％200℃条件下，抗拉强度155.18Mpa，屈服强度110.05Mpa，延伸率12.43％250℃条件下，抗拉强度150.24Mpa，屈服强度108.2Mpa，延伸率12.95％300℃条件下，抗拉强度136.28Mpa，屈服强度96.95Mpa，延伸率13.68％实施例2耐热镁合金的组分及重量百分比Gd10％；Mn1％；Sc0.3％；余量为镁和铸造过程中不可避免的杂质。合金经500℃，6小时保温固溶，然后在250℃，16小时保温时效后，其力学性能如下25℃条件下，抗拉强度210.78Mpa，屈服强度170.82Mpa，延伸率4.28％200℃条件下，抗拉强度228.08Mpa，屈服强度185.35Mpa，延伸率5.20％250℃条件下，抗拉强度211.34Mpa，屈服强度165.32Mpa，延伸率6.31％300℃条件下，抗拉强度186.23Mpa，屈服强度142.77Mpa，延伸率6.91％实施例3耐热镁合金的组分及重量百分比Gd7％；Mn1.0％；Sc0.8％；余量为镁和铸造过程中不可避免的杂质。合金经500℃，6小时保温固溶，然后在250℃，14小时保温时效后，其力学性能如下25℃条件下，抗拉强度180.65Mpa，屈服强度150.82Mpa，延伸率5.28％200℃条件下，抗拉强度191.08Mpa，屈服强度156.35Mpa，延伸率6.18％250℃条件下，抗拉强度186.34Mpa，屈服强度147.32Mpa，延伸率6.81％300℃条件下，抗拉强度161.23Mpa，屈服强度122.77Mpa，延伸率7.11％
权利要求
1.一种铸造耐热镁合金，其特征在于其质量百分比组成为钆5％～10％；锰0.5％～1.0％；钪0.3％～0.8％；余量为镁和不可避免的杂质。
全文摘要
一种铸造耐热镁合金，涉及一种轻金属材料，尤其是一种铸造耐热镁合金材料。其特征在于其质量百分比组成为钆5％～10％；锰0.5％～1.0％；钪0.3％～0.8％；余量为镁。本发明的合金Gd为主要的合金元素，可以与镁形成高温稳定性良好的Mg－Gd化合物强化合金，Mn为Sc第三第四合金元素，在热处理过程中可以形成Mn
文档编号C22C23/06GK101058861SQ200710099819
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者姚素娟, 褚丙武, 梁冬梅 申请人:中国铝业股份有限公司