含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其製備方法
2023-09-23 00:00:25
專利名稱：含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種材料技術領域的鎂合金及其製備方法，具體涉及一種通 過添加釓獲得的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其製備方法。
背景技術：
隨著我國航空航天業、汽車業的迅猛發展，太空飛行器和汽車等交通工具的輕量 化就成為永恆的追求。鎂合金由於具有高的比強度、比剛度、比彈性摸量，已成 為材料工作者關注的焦點。但目前由於現有鎂合金的高溫抗蠕變性能差，無法用 於製造對高溫蠕變性能要求高的汽車傳動部件，極大地阻礙了鎂合金的進一歩 應用。為此，國內外對具有高溫抗蠕變性能的汽車用耐熱鎂合金的研究開發給 予了高度重視，並先後試製研究了 Mg-Al-Si、 Mg-A1-RE、 Mg-Al-Ca、 Mg-A1-Ca-RE、 Mg-Al-Sr、 Mg-Al-Sn、 Mg-Zn-Al、 Mg-Zn-RE、 Mg- Zn-Si和Mg-Zn-Sn 等系列的耐熱鎂合金。在這些已得到試製研究的耐熱鎂合金中，Mg-Zn-Al系合 金由於具有高溫性能較好、成本較低和較好的鑄造性能等優勢，被認為是一種有 發展前途的高溫抗蠕變鎂合金。
經對現有技術的文獻檢索發現，Luo.A等在《Magnesium alloys and their applications》(鎂合金及其應用)，1998: 151 — 156上發表的"Development of a creep-resistant magnesium alloy for die casting applications"( — 種新的壓鑄用抗蠕變鎂合金)，該文中提出在Mg-Zn-Al系列合金添加鈣元素以 提高合金的蠕變性能，具體方法為在Mg-8Zn-5A1的基礎上添加0. 1-2. 0%的鈣 元素然後進行壓鑄。其不足在於 一方面添加鈣之後合金的室溫和高溫力學性能 降低，另一方面，由於鈣很容易被氧化，還存在著加鈣不易的缺點，這些限制了 Mg-Zn-Al系列合金在汽車工業的廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金 及其製備方法，使其克服現有Mg-Zn-Al系列鎂合金高溫蠕變性能的不足，同時
保證合金的室溫和高溫力學性能不受影響。 本發明是通過以下技術方案實現的
本發明所涉及的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金，包含的成分及重量百分比含量
為鋅6-10%，鋁3_7%，禮0.2-1.0°/。，雜質元素Fe<0. 005%， Cu<0. 015%, Ni<0. 002%,其餘為鎂。
本發明以Mg- (6-10%) Zn- (3-7%) Al為基體，通過添加釓來強化鎂合金 由於釓溶入a-Mg中，形成固溶體，具有較強的固溶強化作用；而且添加釓能夠 細化晶粒，提高合金的強度和塑性，此外還能在晶界偏聚增加位錯密度，加大晶 格畸變而強化晶界；並且釓能夠明顯的細化Mg-Zn-Al合金中的晶界析出相，使 網狀的組織離散化和細化，這樣能有效的定扎位錯，並阻止晶界的運動，從而可 有效地提高合金的力學性能和蠕變性能。
本發明所涉及的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，具體如下首先將純
鎂、純鋅、純鋁和Mg-25y。Gd預熱到20(TC，然後將純鎂放入到有氣體保護的熔 爐中熔化，待鎂錠完全熔化後立即加入純鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化後撇去 表面浮渣，之後繼續升溫，在730°C-74(TC加入Mg-25%Gd中間合金，完全熔化 後撇去表面浮渣，然後攪拌以使成分均勻，調整爐溫，在745'C-755'C進行精煉、 攪拌，然後靜置，最後將合金液溫度下調至68(rC-70(TC時撇去表面浮渣進行壓 鑄。
所述完全熔化後撇去表面浮渣然後攪拌，其中攪拌時間為2分鐘。 所述進行精煉、攪拌，其中攪拌時間為2分鐘-4分鐘。 所述靜置，其時間為30分鐘。
所述有氣體保護，是指有N2和SFe混合氣體保護，其中SF6的體積為混合氣 體的0. 2%。
本發明生產效率高，而且由於添加的重稀土元素釓的含量比較少，成本比較 低廉，而且合金的室溫抗拉強度、屈服強度、延伸率和蠕變性能得到了明顯的提 高。與Mg-Zn-Al系列合金相比，Mg-Zn-Al合金的組織的顯微組織是由a _Mg和 第二相組成的，且第二相基本上是呈網狀分布的，在添加鈣元素之後，晶粒僅得 以輕微的細化，同時第二相主要還是呈網狀分布，而在本發明的含釓的耐熱高鋅 鎂合金中，不僅晶粒得以細化，同時呈連續網狀分布的第二相明顯離散化，主要 由一些彌散化的小顆粒組成，室溫強度得到明顯的提高，同時由於這些晶界小顆
粒對位錯的定扎作用，合金的蠕變性能也得到了明顯的提高。以Mg-8。/。Zn—5yoAl 合金為例，不添加鈣和釓時，合金的室溫抗拉強度，屈服強度和延伸率分別為 232Mpa， 155MPa和60/。，在150°C、 35MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 6%，在 合金中添加0.6y。的Ca之後，雖然合金在150。C、 35MPa條件下，100小時的蠕變 量銳減至O. 14%，但是合金的室溫力學性能卻有所降低，抗拉強度，屈服強度和 延伸率分別為219Mpa，固pa， 5%，而如果添加0. 4%的Gd之後，抗拉強度、屈 服強度、延伸率分別為246MPa， 170MPa， 7%，且在150°C、 35MPa條件下，100 小時的蠕變量為0. 08%，同時即使在175。C、45MPa條件下，Mg_8%Zn—5%Al-0. 4%Gd 合金100小時的蠕變量為0.12%，可以看出，添加釓元素之後合金的抗蠕變性能 得到明顯的提高，同時合金的力學性能不僅沒有降低，反而也得到了明顯的提高。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限 於下述的實施例。
實施例l:
合金成分(重量百分比)8%Zn、 5%A1、 0.4%Gd、雜質元素總量小於0.02%， 其餘為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的製備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合 金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂，同時採用N2和SFs混合氣體保護；(2)待鎂 完全熔化後，在68(TC加入工業純鋁、工業純鋅；(3)繼續升溫，在73(TC加入 Mg-25%Gd中間合金，待合金元素全部熔化後，用工具攪拌合金液2分鐘使成分 均勻；(4)將溫度下調，在755。C進行精煉，攪拌3分鐘，然後靜置30分鐘； (5)然後將溫度下調至68(TC，撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到246MPa， 170MPa， 7%，且在175。C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 12%。
實施例2:
合金成分(重量百分比)6%Zn、 3%A1、 1.0%Gd、雜質元素小於0.02%，其 餘為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的製備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合
金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂，同時釆用隊和SFe混合氣體保護；(2)待鎂
完全熔化後，在68(TC加入工業純鋁、工業純鋅；(3)繼續升溫，在溫度達到735 °。時加入Mg-25%Gd中間合金，中間合金全部熔化後，用工具攪拌合金液2分鐘 使成分均勻；(4)將溫度下調，在750。C時進行精煉，攪拌2分鐘，然後靜置30 分鐘；(5)然後將溫度下調至69(TC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到244MPa， 173MPa， 9%，且在175。C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 11%
實施例3:
合金成分(重量百分比):9.8%Zn、 6.8%A1、 0. 5%Gd、雜質元素小於0. 02%， 其餘為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的製備工藝具體步驟為:(l)按照上述成分配置合 金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂，同時採用&和SFe混合氣體保護；(2)待純 鎂完全熔化後，在68(TC加入工業純鋁、工業純鋅；(3)繼續升溫，在74(TC加入 Mg-25%Gd中間合金，待合金元素全部熔化後，用工具攪拌合金液2分鐘使成分 均勻；(4)將溫度下調至745'C，然後進行精煉，攪拌4分鐘，然後靜置30分 鍾；(5)然後將溫度下調至70(TC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到248MPa， 171MPa， 8%，且在175°C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 1%。
權利要求
1、一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金，其特徵在於，包含的成分及重量百分比含量為鋅6-10％，鋁3-7％，釓0.2-1.0％，雜質元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其餘為鎂。
2、 一種如權利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵 在於首先將純鎂、純鋅、純鋁和Mg-25y。Gd預熱到200'C;然後將純鎂放入到有氣體保護的熔爐中熔化，待鎂錠完全熔化後立即加入純 鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化後撇去表面浮渣，之後繼續升溫，在73(TC-740 。C加入Mg-25%Gd中間合金，完全熔化後撇去表面浮渣，再攪拌以使成分均勻， 調整爐溫，在745'C-755r進行精煉、攪拌，然後靜置；最後將合金液溫度下調至68(TC-70(rC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
3、 根據權利要求2所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵是， 所述完全熔化後撇去表面浮渣然後攪拌，其中攪拌時間為2分鐘。
4、 根據權利要求2所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵是， 所述進行精煉、攪拌，其中攪拌時間為2分鐘-4分鐘。
5、 根據權利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵是， 所述靜置，其時間為30分鐘。
6、 根據權利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵是， 所述有氣體保護，是指有N2和SFe混合氣體保護。
7、 根據權利要求6所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的製備方法，其特徵是， 所述&和SFe混合氣體，其中SF6的體積為混合氣體的0. 2%。
全文摘要
一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其製備方法，用於金屬材料領域。合金成分及其重量百分比為鋅6-10％，鋁3-7％，釓0.2-2.0％，雜質元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其餘為鎂。將純鎂、純鋅、純鋁和Mg-25％Gd預熱，然後將純鎂放入到有氣體保護的熔爐中熔化，待鎂錠完全熔化後立即加入純鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化後撇去表面浮渣，繼續升溫，加入Mg-25％Gd中間合金，完全熔化後撇去表面浮渣，然後攪拌，調整爐溫，精煉、攪拌，然後靜置，最後將合金液溫度下調撇去表面浮渣進行壓鑄。本發明成本比較低廉，生產效率高，提高了合金的室溫和高溫力學性能、合金的蠕變性能。
文檔編號C22C23/00GK101177751SQ20071017076
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月22日 優先權日2007年11月22日
發明者王渠東, 江 鄭, 金正力 申請人:上海交通大學