专利名称：一种低稀土高强耐热镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料及冶金技术领域，涉及一种低稀土高强耐热镁合金及其制备方法。
背景技术：
镁合金是最轻的实用金属材料，密度仅为1. 35 1. 8g/cm3，具有高的比强度和比刚度，很好的抗磁性，高的电负性和导热性，良好的消震性和切削加工性能。已成为现代汽车、便携电子产品电子、通信等行业的首选材料，但是镁合金的强度总的来说均低于铝合金此外，高温性能差也是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降，因而它难以作为高温长时间使用的部件，大大限制了其应用。所以通过向合金中加入一定量的高熔点元素与镁基体形成高熔点相，并通过合理的热处理工艺获得成分均勻、组织细小，高温性能优异和综合力学性良好的镁合金成为镁合金领域的重要研究方向。目前国内外主要从稀土元素合金强化、镁基复合强化和快速凝固粉末冶金法等方面进行研究，以提高镁合金的室温强度和高温强度。其中以稀土元素为主加元素的方式来制备高温性能优异的镁合金占居多，他们往往通过添加1种或2种及以上稀土来达到制备高强耐热镁合金目的。李大全公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》(申请号 200610024085. 2，公开号CN1814837A，
公开日:2006. 8. 9)其制备的高强耐热镁合金的合金组织成分为12% Y，2% Sm，0. 35% Zr，余量为Mg及其它。经热处理后，其室温抗拉强度为365MPa，延伸率为3. 0 %，200°C的抗拉强度为331MPa，250°C的抗拉强度为312MPa。何上明公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》(申请号200510025251. 6，公开号 CN1676646A，
公开日2005. 10. 5)其制备的高强度耐热镁合金中稀土的含量为6-15% Gd、 1-6% Y，合金的强度和高温性能很好。肖阳等人(肖阳，张新明，高强耐热Mg-9Gd-4Y-0. 5Zr 合金的性能.中南大学学报，2006，37 (5) =850-854)制备的Mg-9Gd-4Y_0. 5 合金也获得了较好的强度及高温性能。但是，上述公开的专利和文献中涉及的合金均采用较高含量的稀土元素，稀土元素不仅价格昂贵，而且比重大，通过添加高稀土含量制备高强耐热镁合金的将导致材料成本大幅提高。小野昌二(日本)公开的专利《含A12Ca的镁基复合材料》 (申请号200980108474. 5，公开号CN101970703A，
公开日2011. 02. 09)，制备的镁基复合材料在常温和高温下均具有优异的强度特性。袁广银公开的专利《快速凝固超高强镁合金及其制备方法》(申请号:200910049871. 1，公开号:CN101538671A，
公开日:2009.9. 23)，利用快速凝固技术也制备了高强镁合金。但是，由于设备昂贵，制备工艺复杂，无论采用镁基复合强化还是采用快速凝固技术制备的高强耐热镁合金的成本极高，价格昂贵，工业化困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种低稀土高强耐热镁合金，解决了在高温条件下镁合金强度和抗蠕变性能不足的问题。本发明的另一目的是提供一种低稀土高强耐热镁合金的制备方法，解决了目前镁合金制备工艺复杂，制备成本高的问题。本发明所采用的技术方案是，一种高强耐热镁合金，按质量百分比其组成为Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg。本发明的另一种技术方案是，一种权利要求1所述镁合金的制备方法，按照以下步骤实施步骤1，分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和
中间合金，使各物质间质量关系满足以下质量百分比=Sn 3-6%, Y 0-4%, Gd 0~4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg ；步骤2，将步骤1称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的5% -10%称取熔剂，在镁锭上撒上熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720-740°C，然后加入Mg-Y中间合金与Mg-Gd中间合金中的一种或两种，机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780-800°C，加入中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至730-750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10 分钟，得到合金液；步骤3，将步骤2制得的合金液温度升至750-780°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭； 步骤4，将步骤3得到的铸锭在450_520°C的温度下保温6_18小时，之后通过冷水或者油淬火，然后在200-260°C的温度下保温8-M小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。本发明的特点还在于，步骤2中所述的熔剂采用工业RJ-2熔剂。步骤4中冷水或者油的温度为常温。本发明的有益效果为，运用普通熔铸工艺即可制备出价格低廉的高强耐热镁合金，该镁合金不仅具有优异的室温高强韧性和高温拉伸性能，同时具有较好的塑性变形能力和热加工性能，并且由于加入了 Mn和ττ元素，从而提高了合金的抗蠕变性能。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明提供一种高强耐热镁合金，按质量百分比其组成为Sn :3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg。本发明还提供上述镁合金的制备方法，按照以下步骤实施步骤1，分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和Mglr 中间合金，使各物质间质量关系满足以下质量百分比=Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd 0-4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg ；步骤2，将步骤1称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中， 在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720-740°C，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至 780-8000C，加入中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至730_750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液；步骤3，将步骤2制得的合金液温度升至750-780°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭；步骤4，将步骤3得到的铸锭在450_520°C的温度下保温6_18小时，之后通过冷水或者油淬火，然后在200-260°C的温度下保温8-M小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。实施例1分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金和Mglr中间合金，使各物质间质量关系满足以下重量百分比=Sn 3%, Y 4%, Mn :1. 5%, Zr :0. 8%，其余为Mg ；将称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的10%称取熔剂，在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780°C，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液，再将制得的合金液温度升至 750°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭，最后将得到的铸锭在500°C的温度下保温10小时，冷水或者油淬火，然后在210°C的温度下保温16小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。本实施例所得的高强耐热镁合金，其室温抗拉强度为286MPa，延伸率为8. 2% ；在 280°C条件下的抗拉强度为^lMPa,延伸率为17. 6%。实施例2分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Gd中间合金和Mglr中间合金，使各物质间质量关系满足以下重量百分比=Sn 3%, Gd 4%, Mn :1. 5%, Zr :0. 8%，其余为Mg ；将称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的10%称取熔剂，在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780°C，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液，再将制得的合金液温度升至 750°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭，最后将得到的铸锭在500°C的温度下保温10小时，冷水或者油淬火，然后在210°C的温度下保温16小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。本实施例所得的高强耐热镁合金，其室温抗拉强度为292MPa，延伸率为9. 8% ；在 280°C条件下的抗拉强度为^6MPa，延伸率为19. 5%。实施例3分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和Mglr中间合金，使各物质间质量关系满足以下重量百分比Sn 5%, Y 2%, Gd 2%, Mn 2%, Zr 0.8%，其余为Mg;将称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的7%称取熔剂，在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至730°C，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至800°C，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至740°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液，再将制得的合金液温度升至 770°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭，最后将得到的铸锭在450°C的温度下保温18小时，冷水或者油淬火，然后在200°C的温度下保温8小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。本实例所得的高强耐热镁合金，其室温抗拉强度为301MPa，延伸率为11. 4% ；在 280°C条件下的抗拉强度为^5MPa，延伸率为21. 6%。实施例4合金成分按重量百分比组成为6% Sn,4% Y, 2. 5% Μη,Ο. 8% Zr，其余为Mg及不可避免的杂质。将称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的5%称取熔剂，在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至740V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟， 然后将镁液温度升至790°C，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至730°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液，再将制得的合金液温度升至780°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740 V，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭，最后将得到的铸锭在520°C的温度下保温6小时，冷水或者油淬火，然后在260°C的温度下保温M小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。本实例所得的高强耐热镁合金，其室温抗拉强度为265MPa，延伸率为10. 5% ；在 280°C条件下的抗拉强度为^lMPa,延伸率为23. 1%。实施例5合金成分按重量百分比组成为6% 511，4%6(1，0.5^^11，1.0%21~，其余为1%及不可避免的杂质。将称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的10%称取熔剂，在镁锭上撒上工业RJ-2熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720V，然后加入Mg-Y或Mg-Gd中间合金机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780°C，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液，再将制得的合金液温度升至 750°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭，最后将得到的铸锭在500°C的温度下保温10小时，冷水或者油淬火，然后在210°C的温度下保温16小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。
本实施例所得的高强耐热镁合金，其室温抗拉强度为272MPa，延伸率为11. 7%;在 280°C条件下的抗拉强度为295MPa，延伸率为23. 9%。本发明所具有的实质性特点和显著的进步为本发明将廉价的Sn作为主加合金化元素，一定量的Sn加入到镁合金中，细化组织，并且与镁形成具有高的高温稳定性相Mg2Sn相(熔点770°C )，并且该相具有很高的硬度，对提高 合金的室温和高温性能作用显著。本发明中稀土 Y，Gd分别以Mg-Y、Mg-Gd中间合金加入。Y、Gd的加入均可以起到细化组织的作用，并且Y、Gd在Mg中的固溶度很大，可以通过固溶强化和时效沉淀析出强化提高合金的力学性能。本发明中添加少量的Mn、&元素不仅改善了合金的塑性和热加工性，而且由于rLx 在镁中的有限固溶度，&可以作为异质形核核心细化晶粒，Mn还可以提高合金的抗蠕变性能。本发明中通过调整各组成元素配比，运用普通熔铸工艺即可制备出价格低廉的高强耐热镁合金。该镁合金不仅具有优异的室温高强韧性和高温拉伸性能，并且具有较好的塑性变形能力和热加工性能。其室温抗拉强度250-350MPa，延伸率8-15% ；在280°C条件下，其抗拉强度230-300MPa，延伸率15-26%。
权利要求
1.一种高强耐热镁合金，其特征在于按质量百分比其组成为Sn :3-6%, Y :0-4%, Gd :0-4%, Mn :0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg。
2.—种权利要求1所述镁合金的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施步骤1，分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和中间合金，使各物质间质量关系满足以下质量百分比Sn 3-6%, Y :0-4%, Gd 0~4%, Mn 0. 5-2. 5%, Zr ^ 1. 0%，其余为 Mg ；步骤2，将步骤1称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的5% -10%称取熔剂，在镁锭上撒上熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720-740°C，然后加入Mg-Y中间合金与Mg-Gd中间合金中的一种或两种，机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780-800°C，加入中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至730-750°C，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟， 得到合金液；步骤3，将步骤2制得的合金液温度升至750-780°C进行精炼处理，再将合金液温度调整至740°C，浇入预热温度为300°C 士 10°C的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭；步骤4，将步骤3得到的铸锭在450-520°C的温度下保温6_18小时，之后通过冷水或者油淬火，然后在200-260°C的温度下保温8-M小时时效处理，最后通过挤压或轧制制成棒材或板材。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的熔剂采用工业RJ-2熔剂。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4中冷水或者油的温度为常温。
全文摘要
本发明一种高强耐热镁合金，其组成为Sn，Y，Gd，Mn，Zr，其余为Mg。制备方法为，称取钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和Mg-Zr中间合金，将Mn粉过筛后填入镁锭的孔中，撒上熔剂，并一同熔化，然后加入中间合金，搅拌后升温，加入Mg-Zr中间合金并搅拌后降温，加入Sn锭并搅拌，得到合金液；将合金液进行精炼处理，再将合金液浇入预热的金属型中，冷却后得到合金铸锭；将铸锭保温后淬火，然后进行时效处理，最后制成棒材或板材。该镁合金具有优异的室温高强韧性和高温拉伸性能，同时具有较好的塑性变形能力和热加工性能，Mn和Zr元素的加入，提高了抗蠕变性能。
文档编号C22C1/03GK102383012SQ201110340198
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者余玲, 屠涛, 张忠明, 徐春杰, 马涛 申请人:西安理工大学