專利名稱：We54稀土鎂基合金的遺傳制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
'
本發(fā)明涉及一種WE54稀土鎂基合金的遺傳制法，特別是涉及尤其重視使用金屬遺 傳性原理于主爐料制備高稀土含量鎂基合金遺傳制法。
背景技術(shù)：
使用遺傳學(xué)相關(guān)原理獲得目標(biāo)產(chǎn)物的方法(遺傳制法)在生物工程上為普遍使用的 方法。然而，從1927年金屬遺傳學(xué)提出至今，在冶金領(lǐng)域高度重視該方法應(yīng)用相比之 下遜色很多。
具有國(guó)防合金之稱的WE54合金是老牌號(hào)(desingnation)、有歷史、有影響、有代 表性的合金之一。該合金遺傳制法， 一定程度上能夠代表一類高稀土含量鎂基合金的遺 傳制法。但是，目前為止，對(duì)WE54合金本身遺傳制法研究或選用該合金為樣本的遺傳 制法研究還未見(jiàn)報(bào)道。1938年德國(guó)發(fā)明家Sauerwald開(kāi)拓稀土 Y在鎂基合金中的應(yīng)用 (USP 2， 219， 056); 1968年美國(guó)陸軍部公開(kāi)在鎂加入％t. /。左右稀土純Y可獲得高強(qiáng) 鎂釔合金的發(fā)明(USP 3,391,034);此后，英國(guó)發(fā)明家將該鎂加入9wtJ左右稀土純Y 方法中保留約5wtJ左右稀土純Y，其余4wt.y。左右用其它混合稀土替代，獲得性能更 好的肥54合金并在軍事工業(yè)中列裝和確定牌號(hào)；由此開(kāi)拓世界各國(guó)在軍事工業(yè)中普遍 使用該合金的先河?？梢?jiàn)，肥54合金為名副其實(shí)的有歷史和有影響的合金。目前，該合 金名義組成為稀土總量約為9wtl鋯約為0.4wtJ、鎂為余量；WE54中數(shù)字與該合 金稀土元素中釔(Y)約為5wt.y。、其它以釹(Nd)為主混合稀土元素約為4wt.y。的中的 兩個(gè)百分比數(shù)字密切相關(guān)。代表性企標(biāo)化學(xué)組成(呢54A)為Y為4.75收％—5. 5wt. %， R『為3wt. y廠4wt. %， Zr為0.2wt. %—0.4wt. °/。， Mg為(平衡)余量；RE沖Nd為1.5wt. % 一2. Owt. 其余的2, Owt. %—2.5wt. %為Dy、 Gd、 Er等(Y除外)其它稀土元素；合金 密度約為1.85g/cm3;熔化范圍545°C — 640°C。
稀土總量在13wt."/。左右、釔釓組合或其它組合的高溫高強(qiáng)鎂基稀土合金，該類合 金被亞洲國(guó)家賦予(超越WE54合金的)很高期望值；這類合金在諸如中國(guó)的 CN200610031169.9、 CN200510025251. 6、 CN200610024085. 2和CN200610131696. 7號(hào)專 利；日本的JP19920196482[特開(kāi)平6-49580]、 JP19920195846[特開(kāi)平6-49579]號(hào)等專 利中都有專門的揭示；這類合金中稀土總量比WE54合金更高，已近乎打破常規(guī)稀土-鎂母合金(master alloy))與稀土-鎂應(yīng)用合金的界限。對(duì)冊(cè)54合金遺傳制法研究成果， 無(wú)疑對(duì)制備這類高稀土含量鎂基合金具有一定代表性。
金屬遺傳學(xué)理論中爐料(furnace charge)對(duì)目標(biāo)合金的組織遺傳(structure heredity)和力學(xué)性能遺傳性(mechanical property heredity)已被確認(rèn)無(wú)疑。鎂合金 中AZ91D組織遺傳性利用的研究等也有報(bào)道(鑄造[J] ， 2005年，54巻12期，P1261-1264)。
首先獲得具有良好組織、諸如晶粒細(xì)化的合金爐料，在后續(xù)加工中盡可能保持該細(xì) 化的晶粒不被破壞、而使其殘留在目標(biāo)合金中達(dá)到優(yōu)質(zhì)遺傳因子(heredity factor) 遺傳的目的，這種遺傳制法著重點(diǎn)落在(類似生物學(xué))獲得上位基因(印istaticgene) 上。諸如中國(guó)專利CN 2005100175肌6揭示在電解生產(chǎn)原料鋁錠的電解槽中直接添加少 量鈦、硼、稀土元素，以添加的該微量元素為晶粒細(xì)化劑，并期望Al-Ti-B和稀土金屬 間化合物等繼續(xù)遺傳。然而，能否達(dá)到目的顯然取決于后續(xù)加工中破壞遺傳要素的外界 條件和該遺傳因子的自身穩(wěn)定性的相互競(jìng)爭(zhēng)。所說(shuō)的后續(xù)加工中破壞遺傳要素的外界條 件很多，主要包括熔配合金中的過(guò)熱(過(guò)高溫度)、熱處理中回火過(guò)熱(均勻化溫度過(guò) 高)、蘸火及淬火過(guò)熱(固溶處理及冷淬溫度過(guò)高)，軋制退火過(guò)熱，電磁攪拌或強(qiáng)攪拌
對(duì)合金變質(zhì)或精煉處理中變質(zhì)劑或精煉劑需要與液態(tài)合金充分接觸才能達(dá)到變質(zhì) 或精煉效果，實(shí)現(xiàn)該充分接觸主要方法為強(qiáng)攪拌，顯然、遺傳制法著重點(diǎn)落在欲保留的 上位液態(tài)合金中的基因(目標(biāo)遺傳因子)被破壞或經(jīng)歷被破壞考驗(yàn)；中國(guó)專利 CN200710126583.2中發(fā)明一種"現(xiàn)場(chǎng)生成新優(yōu)質(zhì)遺傳因子"的方法一定程度上解決了該 矛盾。該發(fā)明揭示在對(duì)A356合金原鋁液精煉和變質(zhì)中，用富鈰混合稀土中間合金替 代鍶變質(zhì)劑，同樣強(qiáng)磁力攪拌也可獲得良好結(jié)果，其中目標(biāo)合金遺傳性好。可見(jiàn)，"現(xiàn) 場(chǎng)生成新優(yōu)質(zhì)遺傳因子"的方法也是一種可取的遺傳制法。
若能夠發(fā)現(xiàn)并確定爐料或目標(biāo)合金中存在的某種過(guò)渡相或不穩(wěn)定相，更為重要的
是若確定"該相對(duì)抑制后續(xù)加工中進(jìn)入基體使基體晶粒長(zhǎng)大穩(wěn)定相有作用"，則可利
用該相這種"作用"用于遺傳制法。中國(guó)專利CN200810010617.6和ZL02140475.5號(hào)揭 示在超臨界鋼和鋁箔生產(chǎn)中比較好的使用這種遺傳制法。
總之，對(duì)肥54合金及類似的高稀土含量鎂基合金的遺傳制法未見(jiàn)專利公開(kāi)和研究 文章報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種WE54稀土鎂基合金的遺傳制法。 本發(fā)明的原理
1、多種稀土母合金爐料歸一化、低濃度化和與目標(biāo)合金強(qiáng)化相匹配化而增加遺傳:
WE54合金可有多種選擇爐料方式，表1將其中一種常見(jiàn)的方式與本發(fā)明提供的方 式之一進(jìn)行對(duì)照，以利于闡明上述"歸一化"、"低濃度化"和"匹配化"涉及的遺傳制法原理。
表1配料方式比較表(以配制1噸的服54目標(biāo)合金計(jì))
常用肥54合金的選配料方式本發(fā)明WE54合金的選配料方式爐料種類爐料名稱與數(shù)量爐料種類爐料名稱與數(shù)量
爐料l75、v't. %Y-25wt.懇g; 67 Kg爐料I18wt.%Re-72wt.懇g;500Kg
爐料275wt. %Nd-25wt. %Mg; 27 Kg爐料n25wt.%Zr-75wt.%Mg; 16Kg
爐料375wt.%MM-25wt.%Mg; 27 Kg爐料m純鎂錠；484Kg
爐料425wtUwt.Mfg; 16 Kg
爐料5純鎂錠；867 Kg
表注MM代表一種WE54合金配制混合稀土； Re代表與WE54中輛i土相對(duì)組成相同混合稀土
由表1中兩種選配料方式對(duì)比可見(jiàn)①本發(fā)明考慮遺傳影響的配料方式中的爐料 I ，實(shí)質(zhì)上為將表1左側(cè)配料方式中的三種稀土-鎂母合金(左側(cè)的爐料1、 2和3)"合 三為一"，換言之，采用"歸一化"方法；該"歸一化"優(yōu)點(diǎn)之一為
前一種選配方式爐料1-3中稀土在熔煉成目標(biāo)合金過(guò)程稀土交互作用再次發(fā)生、原 有析出相等再次發(fā)生組合，即使原有爐料中存在很好的目標(biāo)合金所需要的組織，也容易 被這種交互作用和重新組合而破壞，而本發(fā)明相比之下則相反。 '
② 本發(fā)明考慮遺傳影響的配料方式中爐料I的稀土濃度為18%，而表1左側(cè)配料方 式中的三種稀土-鎂母合金的稀土濃度為75%;顯然，本發(fā)明考慮遺傳影響的配料方式中 稀士-鎂母合金在"歸一化"同時(shí)由高濃度被用金屬鎂稀釋為低濃度的稀土-鎂母合金， 即同時(shí)采取了 "低濃化"措施。顯然，該"低濃化"后果之一為:稀土-鎂母合金(右 側(cè)的爐料1)的數(shù)量占到500kg，稀土所在的母合金爐料相比之下占有數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，這有 利于與目標(biāo)合金強(qiáng)化相匹配而增加遺傳。
③ 目標(biāo)合金中起強(qiáng)化作用的主要為稀土，稀土所在的母合金爐料為遺傳主體；而左 側(cè)的配料方式鎂錠占爐料總量85%以上，鎂錠在數(shù)量上為遺傳主體，鎂錠爐料組織和力 學(xué)性能遺傳在目標(biāo)合金起作用能力很大，顯然左側(cè)的配料方式與目標(biāo)合金起強(qiáng)化作用遺 傳主體不匹配。上已述及，"歸一化"和"低濃化"措施采用解決了左側(cè)的配料方式這 種"不匹配"矛盾；亦表1中本發(fā)明的配料方式實(shí)現(xiàn)"匹配化"而利于目標(biāo)遺傳因子 的遺傳。
2、力學(xué)性能遺傳性優(yōu)先組織遺傳性考慮的設(shè)計(jì)
附圖1中的(1)、 (2)和(3)分別給出三種用于WE54合金的稀土-鎂母合金爐料 的壓縮強(qiáng)度。從該稀土-鎂母合金爐料的三種中選擇強(qiáng)度最高的一種爐料作為主爐料為
方案之一。
附圖3中的(1)、 (2)和(3)分別給出三種用于WE54合金的稀土-鎂母合金爐料
6的維氏硬度。從該稀土-鎂母合金爐料的三種中選擇硬度最高的一種爐料作為主爐料也 為方案之一。
附圖5至附圖10分別為稀土-鎂母合金爐料組織與對(duì)應(yīng)生產(chǎn)出的WE54合金金相組 織，從組織遺傳角度選擇該稀土-鎂母合金爐料的組織遺傳最好的一種爐料作為主爐料 也為方案之一。
在上述三種可選方案中，力學(xué)性能遺傳性優(yōu)先組織遺傳性考慮的設(shè)計(jì)為最為合理的 設(shè)計(jì)，原因在于壓縮強(qiáng)度和維氏硬度二者的力學(xué)性能遺傳性表現(xiàn)出規(guī)律明顯和高度的一 致。反之，如果因?yàn)樗_定的幾種稀土-鎂母合金爐料的力學(xué)性能遺傳性表現(xiàn)出無(wú)規(guī)律 可尋，則再優(yōu)先考慮組織遺傳性的設(shè)計(jì)。
一種WE54稀土鎂基合金的遺傳制法，其特征在于，步驟和條件如下
(1) 、選料
WE54目標(biāo)合金中的鋯元素來(lái)源于鎂-鋯母合金爐料；肥54目標(biāo)合金中的稀土元素來(lái) 源于鎂-混合稀土母合金爐料，該鎂-混合稀土母合金的三個(gè)限定條件為
① 該鎂-混合稀土母合金中，每種單一稀土相對(duì)組成與WE54目標(biāo)合金中單一稀土相 對(duì)組成相同；其中每種單一 "稀土相對(duì)組成"的定義是以重量百分比表示的任意一種 單一稀土Ri重量占混合稀土總重量i:Ri的重量百分比，即以重量百分比表示為Ri / E R"
② 該鎂-混合稀土母合金的稀土總濃度與WE54目標(biāo)合金中的稀土總濃度不同，但二 者之間必須滿足Cn^A Cw公式，公式中Cm代表該鎂-混合稀土母合金爐料中的稀 土總濃度、Cw代表呢54目標(biāo)合金稀土總濃度、A為系數(shù)并且A的范圍為1.26—2.21; 其中"稀土總濃度"的定義是以重量百分比表示的混合稀土總重量ERi的重量占母合 金或目標(biāo)合金總重量的百分比；
③ 該鎂-混合稀土母合金爐料必須是感應(yīng)熔煉獲得，或者將非感應(yīng)熔煉獲得的該母 合金在使用前重新感應(yīng)熔煉一次；
WE54目標(biāo)合金中的基體元素鎂來(lái)源于三個(gè)渠道的總和，三個(gè)渠道分別為
① 鎂-鋯母合金爐料中帶入的Mg;
② 鎂-混合稀土母合金爐料中帶入的Mg;
③ 補(bǔ)足目標(biāo)合金鎂余量所使用的純金屬鎂錠；
(2) 、擇料及配比
擇料及配比為 .
① 步驟(i)中鎂-鋯母合金爐料選擇其中鋯濃度20wt.y。的鎂-鋯母合金；
② 步驟(1)中鎂-混合稀土母合金選擇在系數(shù)A的范圍內(nèi)幾種不同稀土總濃度的鎂 -混合稀土母合金爐料中的壓縮強(qiáng)度最高的爐料；
③ 歩驟(1)中所涉及的鎂-鋯母合金、鎂-混合稀土母合金和工業(yè)純鎂錠中的不可
7避免的Fe、 Si、 01等雜質(zhì)總量均小于合金或單質(zhì)的重量百分比的0.5%;
④ 步驟(1)中所涉及鎂-混合稀土母合金爐料中"稀土相對(duì)組成"選定在Y為
60.29wt. %、 Nd為23. 05wt. %、 Er為1.58wt. °/。、 Dy為5.55wt. %、 Yb為1.59wt. %、 Ho 為1.58wt. %、 Gd為3.96wt. °/。 、 La為0.79wt. °/。和Pr為1.58wt. %，單一稀土占混合稀 重量百分比總和為99.97wtJ;
⑤ 步驟(1)中所涉及WE54目標(biāo)合金中"稀土總濃度"選定在為9.52wt. °/。 (3)、投料順序
按配比，向感應(yīng)熔煉坩堝內(nèi)首先投入覆蓋劑，該覆蓋劑融化后再投放步驟(1)和 (2)選定用于制造肥54目標(biāo)合金的三種金屬性爐料，并且該三種金屬性爐料向坩堝內(nèi) 投放順序依次為工業(yè)純鎂錠、鎂-鋯母合金和鎂-混合稀土母合金爐料中的壓縮強(qiáng)度最 高的爐料；所述的"覆蓋劑"成分構(gòu)成為6份重量的KC1與4份重量的NaCl混合融化 后的混合鹽；該混合鹽的投料量占WE54目標(biāo)合金投料量的重量百分比的15%;
(4) 、熔煉步驟
合金的熔煉在以混合鹽為覆蓋劑的保護(hù)下的感應(yīng)熔煉方式，其中
① 所有感應(yīng)熔煉溫度均為740°C，該感應(yīng)熔煉溫度測(cè)量是采用在停止感應(yīng)加熱后迅 速向融體內(nèi)插入熱電偶測(cè)溫方式進(jìn)行的；
② 所有感應(yīng)熔煉的熔煉時(shí)間控制在投入到熔煉坩堝中的最后一塊物料徹底熔化，并
以此為初始計(jì)時(shí)點(diǎn)的此后4分鐘截止；
(5) 、出爐與鑄造
鑄造出爐溫度為670°C，出爐鑄造方式采用真空虹吸出爐直接鑄棒方式； 經(jīng)過(guò)上述步驟和條件獲得WE54稀土鎂基合金。
有益效果
1、 擯棄了非遺傳制法生產(chǎn)肥54合金過(guò)程中的隨意選擇爐料，特別是隨意選擇稀
土-鎂母合金爐料、隨意投料、不考慮母合金爐料組織和力學(xué)性能遺傳等粗放型生產(chǎn)模
式；開(kāi)拓了選用上乘原料、加工中精確投料、熔煉等精工細(xì)作生產(chǎn)范例；為生產(chǎn)WE54 合金及類似的高稀土含量鎂基合金產(chǎn)品質(zhì)量的批次穩(wěn)定性奠定了先進(jìn)工藝流程設(shè)計(jì)基
2、 利于促進(jìn)稀土-鎂母合金生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提高，尤其是利于促進(jìn)將稀土-鎂母 合金的組織(諸如晶粒尺寸)指標(biāo)、力學(xué)性能等遺傳指標(biāo)列入企標(biāo)、行標(biāo)和國(guó)標(biāo)各級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)中，由此促進(jìn)稀土-鎂母合金和應(yīng)用合金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)進(jìn)程。
3、 通過(guò)對(duì)被人為割裂母合金爐料與終極合金制品之間聯(lián)系的非遺傳制法生產(chǎn)WE54 合金生產(chǎn)模式的扶原固本，明晰了獲得高品質(zhì)肥54合金及類似的高稀土含量鎂基合金 產(chǎn)品的有效科學(xué)途徑。
其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到277-246MPa，該合金鑄態(tài)維氏硬度為77-89HV、該合金室溫密度為l. 845-1.8554g/cm3，并且該鑄態(tài)母合金晶粒比較細(xì)，其代表性組織如附圖6、 8和 10;


圖1是本發(fā)明不同稀土濃度的稀土-母合金的壓縮強(qiáng)度與使用其生產(chǎn)WE54合金(目 標(biāo)合金)的壓縮強(qiáng)度的力學(xué)性能遺傳圖。
圖中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金中的稀土總濃度(wt..%)分別約為21 wt.%、 18wt。/。和12wt.%;并且三種稀土-母合金中、混合稀土中每種單一稀土的相對(duì)組成(所 占混合稀土中比例)都相同，三種稀土-母合金中每種單一稀土占混合稀土總量中的重 量百分比(單一稀土的相對(duì)組成)均為Y為601 Nd為23.05%、 Er為1.58°/。、 Dy 為5.55%、 Yb為1. 59%、 Ho為1. 58°/。、 Gd為3.96% 、 La為0.79%和Pr為1.58%，所有 單一稀土占混合稀重量百分比總和為99.97%。.
用圖1中(1)、 (2)禾B (3)三種不同稀上總濃度、而每種單一稀土的相對(duì)組成都 相同的稀土-母合金配制組成相同的WE54合金(目標(biāo)合金)，該目標(biāo)合金組成(重量百分 比)為Mg為90.68。/d、 Zr為Ol Y為5.5"/d、 Nd為2.1%、 Er為1.5。/。、 Dy為0.5呢、 Yb為1.5%、 Ho為1,5%、 Gd為3.5% 、 La為0.05%和Pr為1. 5%，目標(biāo)合金中所有元素 重量百分比總和99.99%; WE54目標(biāo)合金中稀土總量(稀土總濃度)為9.52wt.。/o;
該圖1中三種不同稀土總濃度的稀土-母合金以及使用其制造的對(duì)應(yīng)三種呢54目標(biāo) 合金，制造過(guò)程巾只有三種稀土-母合金稀土總濃度不同，而他其它熔煉溫度等均相同; 并且該圖中壓縮強(qiáng)度、不管母合金還是目標(biāo)合金都是鑄態(tài)的壓縮強(qiáng)度；對(duì)比該A、 B和C 三組(每組2項(xiàng))壓縮強(qiáng)度數(shù)值可見(jiàn)該母合金壓縮強(qiáng)度對(duì)目標(biāo)合金具有遺傳性。
圖2是本發(fā)明附圖1的(1)稀土-母合金在測(cè)定壓縮強(qiáng)度時(shí)代表性樣品最終斷裂的 原始斷口形貌圖。由該圖可見(jiàn)，該樣品壓縮斷裂斜面與圓柱軸線約45度，屬較標(biāo)準(zhǔn)的 斷裂。
圖3是本發(fā)明不同稀土濃度的稀土-母合金的硬度與使用其生產(chǎn)WE54合金(目標(biāo)合 金)硬度的力學(xué)性能遺傳圖。
本圖中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金的稀土總濃度(乾％)、每種單一稀土的相 對(duì)組成、WE54目標(biāo)合金的組成等均于卜.述圖1對(duì)應(yīng)相同，唯一不同的將測(cè)定壓縮強(qiáng)度用 測(cè)定硬度替代。由圖可見(jiàn)，母合金維氏硬度對(duì)目標(biāo)合金具有遺傳性。
圖4是本發(fā)明不同稀土濃度的稀土-母合金的與用其生產(chǎn)的對(duì)應(yīng)目標(biāo)合金密度關(guān)聯(lián) 圖。其中密度測(cè)定采用浮力法和體積/密度法(樣品經(jīng)過(guò)精密機(jī)械加工)雙重測(cè)定后取 平均值；圖中(1)、 (2)和(3)稀土-母合金的成分與圖1中三種母合金成分相同；由 圖4可見(jiàn)，所有WE54合金的密度落在1.845 g/cm3_l. 853g/cra3之間；盡管小數(shù)點(diǎn)后2 位的差異排除密度測(cè)定誤差引起的疑點(diǎn)，然而，由于密度和樣品成分雙重的復(fù)雜性，從
9稀土-母合金的密度與用其生產(chǎn)的對(duì)應(yīng)目標(biāo)合金密度關(guān)聯(lián)考察圖中獲得遺傳信息科學(xué)證 據(jù)不足。
圖5是本發(fā)明21wt. %RE—79wt. °Z。Mg稀土-母合金鑄態(tài)典型組織圖。
其中的RE代表稀土總量，RE中每種單一稀土的相對(duì)組成與本發(fā)明圖1中的母合金 的每種單一稀土的相對(duì)組成相同。該稀土-母合金樣品也與圖l中的(1)樣品相同。
圖fi是本發(fā)明呢54冃標(biāo)合金鑄態(tài)典型組織圖，該目標(biāo)合金的稀十-母合金爐料選自 本發(fā)明圖5所使用的稀土-母合金。
圖7是本發(fā)明18wt. °Z。RE—82wt. %Mg稀土-母合金鑄態(tài)典型組織圖。
其中的RE代表稀土總量，RE中每種單一稀士的相對(duì)組成與本發(fā)明圖1中的母合金 的每種單一稀土的相對(duì)組成相同。
圖8是本發(fā)明WE54目標(biāo)合金鑄態(tài)典型組織圖。特別是該目標(biāo)合金的稀土-母合金爐 料選自本發(fā)明圖7所使用的稀土-母合金。
圖9是本發(fā)明12wt. ^RE—88wt. %Mg稀土-母合金鑄態(tài)典型組織圖。
其中的RE代表稀土總量，RE中每種單一稀土的相對(duì)組成與本發(fā)明圖1中的母合金 的每種單一稀土的相對(duì)組成相同。
圖10是本發(fā)明WE54目標(biāo)合金鑄態(tài)典型組織圖。特別是該目標(biāo)合金的稀土-母合金 爐料選自本發(fā)明圖9所使用的稀土-母合金。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
在WE54合金化學(xué)成分組成范圍內(nèi)確定出該肥54目標(biāo)合金具體化學(xué)成分配方，以重 量百分比表示的該具體配方為Mg為90.68。/。、 Zr為0.2。/。、 Y為5.51。/k Nd為2.P/。、 Er 為1.5%、 Dy為0. 5%、 Yb為1. 5%、 Ho為1. 5%、 Gd為3.5% 、 La為0.05%和Pr為1.5%， 該肥54為目標(biāo)合金并其中所有元素重量百分比總和99.99%;由該具體配方可知，該WE54 目標(biāo)合金中稀土總濃度(稀土總量)為9.52wtJ;該WE54目標(biāo)合金中每種單一稀土占 混合稀土總量中的重量百分比，即單一稀土的相對(duì)組成為Y為60. 29%、 Nd為23.(Mo、 Er為1.58%、 Dy為5.55%、 Yb為1. 59%、 Ho為1.58%、 Gd為3.96% 、 La為0.79%和Pr 為1.58%，所有單一稀土占混合稀重量百分比總和為99.97%。
在確定WE54目標(biāo)合金具體化學(xué)成分配方基礎(chǔ)上，按照以下步驟和條件操作
第一步、選料
肥54目標(biāo)合金中的鋯元素來(lái)源于鎂-鋯母合金爐料；肥54目標(biāo)合金中的稀土元素來(lái) 源于鎂-混合稀土母合金爐料，該鎂-混合稀土母合金的三個(gè)限定條件為
①該鎂-混合稀土母合金中每種單一稀土相對(duì)組成與肥54目標(biāo)合金中單一稀土相對(duì)
10組成相同；其中每種單一 "稀土相對(duì)組成"的定義是以重量百分比表示的任意一種單
一稀土Ri重量占混合稀土總重量i:Ri的重量百分比，即以重量百分比表示的Ri / ZRi;
② 該鎂-混合稀土母合金稀土總濃度與肥54目標(biāo)合金中的稀土總濃度不同，但二者 之間滿足Cn^A Cw公式，公式中Cm代表該鎂-混合稀土母合金爐料中的稀土總濃 度、Cw代表WE54目標(biāo)合金稀土總濃度、A為系數(shù)并且A的取值范圍為1.26—2.21;其 屮"稀土總濃度"的定義是以重量百分比表示的混合稀土總重量ERi的重量占母合金 或目標(biāo)合金總重量的百分比；
③ 該鎂-混合稀土母合金爐料是感應(yīng)熔煉獲得；
WE54目標(biāo)合金中的基體元素鎂來(lái)源于三個(gè)渠道的總和，三個(gè)渠道分別為
① 鎂-鋯母合金爐料中帶入的Mg;
② 鎂-混合稀土母合金爐料中帶入的Mg;
③ 補(bǔ)足目標(biāo)合金鎂余量所使用的純金屬鎂錠；
第二步、擇料具體擇料方式為
①在第一步中鎂-鋯母合金爐料選擇其中鋯濃度范圍20wt. %的鎂-鋯母合金； 在第一步中鎂-混合稀土母合金選擇在系數(shù)八的范圍內(nèi)幾種不同稀土總濃度的鎂-混合稀土母合金爐料中，優(yōu)先選擇壓縮強(qiáng)度最高母合金爐料；本實(shí)施例中系數(shù)A為1.84 鎂-混合稀土母合金爐料的壓縮強(qiáng)度最高，其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到428MPa，所以首先選擇 系數(shù)A為1.84鎂-混合稀土母合金爐料。另外，該母合金鑄態(tài)維氏硬度為117HV、該母 合金室溫密度為1.965gZcni3，并且該鑄態(tài)母合金晶粒比較細(xì)化，其代表性組織金相照片
如附圖5;
③在第一步中所涉及的鎂-鋯母合金、鎂-混合稀土母合金和工業(yè)純鎂錠中的不可避
免的Fe、 Si、 Cu等雜質(zhì)總量均小于合金或單質(zhì)的重量百分比的0.56/。，即該雜質(zhì)總量均 小于物料的0. 5wt. °Z。；
第三步、投料向感應(yīng)熔煉坩堝內(nèi)首先投入覆蓋劑，該覆蓋劑融化后再投放被第一
步和第二步選定用于制造肥54目標(biāo)合金的三種金屬性爐料，并且該三種金屬性爐料向 坩堝內(nèi)投放順序依次為工業(yè)純鎂錠、鎂-鋯母合金和鎂-混合稀土母合金爐料中系數(shù)A 為1 84鎂-混合稀土母合金爐料'
第四步、熔煉合金的熔煉在以混合鹽為覆蓋劑的保護(hù)下的感應(yīng)熔煉方式，其中
① 在第三步中"向感應(yīng)熔煉坩堝內(nèi)首先投入覆蓋劑"的"覆蓋劑"成分構(gòu)成為6份
重量的KC1與4份重量的NaCl混合融化后的混合鹽；該混合鹽的投料量占WE54目標(biāo)合 金投料量的重量百分比的15%;
② 所有感應(yīng)熔煉溫度均為740°C，該感應(yīng)熔煉溫度測(cè)量是采用在停止感應(yīng)加熱后迅 速向融體內(nèi)插入熱電偶測(cè)溫方式進(jìn)行的；
③ 所有感應(yīng)熔煉的熔煉時(shí)間控制在投入到熔煉坩堝中的最后一塊物料徹底熔化，并以此為初始計(jì)時(shí)點(diǎn)的此后4分鐘截止；
第五步、出爐與鑄造感應(yīng)熔煉獲得的WE54目標(biāo)合金，鑄造出爐溫度為67(TC，出爐鑄造方式采用真空虹吸出爐直接鑄棒方式；
經(jīng)過(guò)上述五個(gè)遺傳制法條件的步驟獲得冊(cè)54稀土鎂基合金;其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到302MPa,該合金鑄態(tài)維氏硬度為89HV、該合金室溫密度為1.850g/cm3，并且該鑄態(tài)母合
金晶粒比較細(xì)化，其代表性金相組織如附圖6;實(shí)施例2:
為便于同實(shí)施例1對(duì)比，與實(shí)施例1條件唯一不同的是選擇了系數(shù)A為2.21鎂-混合稀土母合金爐料，該爐料的壓縮強(qiáng)度盡管不如實(shí)施例1中對(duì)應(yīng)爐料高，但在所有可選擇爐料中也比較高；而其余所有條件和操作同實(shí)施例1。
該系數(shù)A為2.21鎂-混合稀土母合金爐料，其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到373MPa、鑄態(tài)維氏硬度為102HV、室溫密度為1.995g/cm3，并且該鑄態(tài)母合金晶粒也比較細(xì)化，其代表性組織金相照片如附圖7。
由該母合金爐料作為原料之一所獲得冊(cè)54稀土鎂基合金;其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到277MPa，該合金鑄態(tài)維氏硬度為89HV、該合金室溫密度為1.845g/cm3，并且該鑄態(tài)母合金晶粒比較細(xì)化，其代表性組織如附圖8;
實(shí)施例3:
為便于同實(shí)施例1對(duì)比，與實(shí)施例1條件唯一不同的是選擇了系數(shù)A為1.26鎂-混合稀土母合金爐料，該爐料的壓縮強(qiáng)度不如實(shí)施例1中對(duì)應(yīng)爐料高，并在所有可選擇爐料中也比較偏下，但鑄態(tài)母合金晶粒細(xì)化程度相對(duì)較好；而其余所有條件和操作同實(shí)施例l。
該系數(shù)A為1.26鎂-混合稀土母合金爐料，其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到106MPa、鑄態(tài)維氏硬度為90HV、室溫密度為1.856g/cm3,并且該鑄態(tài)母合金晶粒也比較細(xì)化，其代表性組織金相照片如附圖9。
由該母合金爐料作為原料之一所獲得WE54稀土鎂基合金;其鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到246MPa，該合金鑄態(tài)維氏硬度為77HV、該合金室溫密度為1.853g/cm3，并且該鑄態(tài)母合金晶粒比較細(xì)，其代表性組織如附圖10。
權(quán)利要求
1、一種WE54稀土鎂基合金的遺傳制法，其特征在于，步驟和條件如下(1)、選料WE54目標(biāo)合金中的鋯元素來(lái)源于鎂-鋯母合金爐料；WE54目標(biāo)合金中的稀土元素來(lái)源于鎂-混合稀土母合金爐料，該鎂-混合稀土母合金的三個(gè)限定條件為①該鎂-混合稀土母合金中，每種單一稀土相對(duì)組成與WE54目標(biāo)合金中單一稀土相對(duì)組成相同；其中每種單一“稀土相對(duì)組成”的定義是以重量百分比表示的任意一種單一稀土Ri重量占混合稀土總重量∑Ri的重量百分比，即以重量百分比表示為Ri/∑Ri；②該鎂-混合稀土母合金的稀土總濃度與WE54目標(biāo)合金中的稀土總濃度不同，但二者之間必須滿足Cm＝A·Cw公式，公式中Cm代表該鎂-混合稀土母合金爐料中的稀土總濃度、Cw代表WE54目標(biāo)合金稀土總濃度、A為系數(shù)并且A的范圍為1.26—2.21；其中“稀土總濃度”的定義是以重量百分比表示的混合稀土總重量∑Ri的重量占母合金或目標(biāo)合金總重量的百分比；③該鎂-混合稀土母合金爐料必須是感應(yīng)熔煉獲得，或者將非感應(yīng)熔煉獲得的該母合金在使用前重新感應(yīng)熔煉一次；WE54目標(biāo)合金中的基體元素鎂來(lái)源于三個(gè)渠道的總和，三個(gè)渠道分別為①鎂-鋯母合金爐料中帶入的Mg；②鎂-混合稀土母合金爐料中帶入的Mg；③補(bǔ)足目標(biāo)合金鎂余量所使用的純金屬鎂錠；(2)、擇料及配比擇料及配比為①步驟(1)中鎂-鋯母合金爐料選擇其中鋯濃度20wt.％的鎂-鋯母合金；②步驟(1)中鎂-混合稀土母合金選擇在系數(shù)A的范圍內(nèi)幾種不同稀土總濃度的鎂-混合稀土母合金爐料中的壓縮強(qiáng)度最高的爐料；③步驟(1)中所涉及的鎂-鋯母合金、鎂-混合稀土母合金和工業(yè)純鎂錠中的不可避免的Fe、Si、Cu等雜質(zhì)總量均小于合金或單質(zhì)的重量百分比的0.5％；④步驟(1)中所涉及鎂-混合稀土母合金爐料中“稀土相對(duì)組成”選定在Y為60.29wt.％、Nd為23.05wt.％、Er為1.58wt.％、Dy為5.55wt.％、Yb為1.59wt.％、Ho為1.58wt.％、Gd為3.96wt.％、La為0.79wt.％和Pr為1.58wt.％，單一稀土占混合稀重量百分比總和為99.97wt.％；⑤步驟(1)中所涉及WE54目標(biāo)合金中“稀土總濃度”選定在為9.52wt.％(3)、投料順序按配比，向感應(yīng)熔煉坩堝內(nèi)首先投入覆蓋劑，該覆蓋劑融化后再投放步驟(1)和(2)選定用于制造WE54目標(biāo)合金的三種金屬性爐料，并且該三種金屬性爐料向坩堝內(nèi)投放順序依次為工業(yè)純鎂錠、鎂-鋯母合金和鎂-混合稀土母合金爐料中的壓縮強(qiáng)度最高的爐料；所述的“覆蓋劑”成分構(gòu)成為6份重量的KCl與4份重量的NaCl混合融化后的混合鹽；該混合鹽的投料量占WE54目標(biāo)合金投料量的重量百分比的15％；(4)、熔煉步驟合金的熔煉在以混合鹽為覆蓋劑的保護(hù)下的感應(yīng)熔煉方式，其中①所有感應(yīng)熔煉溫度均為740℃，該感應(yīng)熔煉溫度測(cè)量是采用在停止感應(yīng)加熱后迅速向融體內(nèi)插入熱電偶測(cè)溫方式進(jìn)行的；②所有感應(yīng)熔煉的熔煉時(shí)間控制在投入到熔煉坩堝中的最后一塊物料徹底熔化，并以此為初始計(jì)時(shí)點(diǎn)的此后4分鐘截止；(5)、出爐與鑄造鑄造出爐溫度為670℃，出爐鑄造方式采用真空虹吸出爐直接鑄棒方式；經(jīng)過(guò)上述步驟和條件獲得WE54稀土鎂基合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種WE54稀土鎂基合金的遺傳制法，特別是涉及使用金屬遺傳性原理于主爐料制備高稀土含量鎂基合金遺傳制法。以鎂-稀土母合金為主爐料、以鎂-鋯中間合金和工業(yè)鎂錠為另外兩種爐料，以主爐料組織和力學(xué)性能的好壞為選料依據(jù)，并確定力學(xué)性能的遺傳性優(yōu)先于組織遺傳性的原則，選用主爐料最后投料順序、感應(yīng)熔煉制備WE54鎂合金；擯棄非遺傳制法生產(chǎn)WE54合金粗放型生產(chǎn)模式；該方法得到的WE54稀土鎂基合金鑄態(tài)壓縮強(qiáng)度達(dá)到277-246MPa，該合金鑄態(tài)維氏硬度為77-89HV、該合金室溫密度為1.845-1.8554g/cm³，并且該鑄態(tài)母合金晶粒比較細(xì)。
文檔編號(hào)C22C1/03GK101457310SQ20081005161
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者吳耀明, 曹占義, 王小林, 王立東, 王立民, 董龍祥, 謝軍偉, 高聲遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所