一種稀土鎂合金及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種稀土鎂合金及其制備方法，按質(zhì)量百分比組成包括：Gd：3.5～4.5%；Y：2.2～2.8%；Nd：1.5～2.0%；Dy：0.1～1.5%；Zr：0.45～0.55%；余量為Mg。本發(fā)明提供的稀土鎂合金按以下步驟制備：將鎂、鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金熔融制備得到稀土鎂合金鑄件；將上述步驟得到的稀土鎂合金鑄件熱處理后得到稀土鎂合金。本發(fā)明提供的稀土鎂合金中稀土質(zhì)量百分比含量不高于10%，同時(shí)還在高溫下具有良好的力學(xué)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種稀土鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種稀土鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其具有密度小，比強(qiáng)度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好等特點(diǎn)，鎂合金是實(shí)用金屬中是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等重要軍用民用領(lǐng)域。鎂合金按照主要添加的合金元素，可以分為很多種，性能上也存在很大差別。近些年，隨著業(yè)界對(duì)稀土元素性質(zhì)的研究以及相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)，將稀土元素作為重要的合金元素在鎂合金研究領(lǐng)域里日益受到重視，在現(xiàn)今新開(kāi)發(fā)的鎂合金體系中，含稀土的鎂合金體系已達(dá)50%以上。
[0003]稀土鎂合金是指含有稀土元素的鎂合金，由于大部分稀土元素與鎂的原子尺寸半徑相差在±15%范圍內(nèi)，在鎂中有較大固溶度，因而具有良好的固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，可以有效地改善合金組織和微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)合金耐蝕性和耐熱性，提高合金室溫及高溫的力學(xué)性能。同時(shí)稀土元素原子擴(kuò)散能力差，對(duì)提高鎂合金再結(jié)晶溫度和減緩再結(jié)晶過(guò)程有顯著作用。此外，稀土元素還有很好的時(shí)效強(qiáng)化作用，可以析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，從而大幅度提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。
[0004]隨著全球航天科技的發(fā)展，對(duì)高性能輕質(zhì)材料的需求日益迫切，特別是近年來(lái)航空儀器、航天艙體等大型結(jié)構(gòu)件對(duì)輕質(zhì)材料耐高溫性能的需求，促使高強(qiáng)耐熱的稀土鎂合金發(fā)展迅速。稀土鎂合金中稀土含量較高的WE系`、Mg-Gd-Y-Zr系、Mg-Y-Gd-Zn-Zr系等合金因具有良好的高溫力學(xué)性能，因此在航空航天領(lǐng)域里得到了廣泛的關(guān)注。
[0005]但在此類(lèi)稀土鎂合金中，只有稀土質(zhì)量百分比含量大于10%才具有顯著的特性。稀土含量過(guò)低時(shí)，稀土鎂合金高溫力學(xué)性能不佳，特性不明顯；稀土含量過(guò)高時(shí)則密度過(guò)大、成本過(guò)高、延展性過(guò)低。因而這類(lèi)合金稀土質(zhì)量百分比含量均超過(guò)10%，從而導(dǎo)致其價(jià)格高、塑性差、難加工，應(yīng)用范圍受到較大限制，難以進(jìn)行工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種稀土鎂合金及其制備方法，本發(fā)明提供的稀土鎂合金中稀土質(zhì)量百分比含量不高于10%，同時(shí)還在高溫下具有良好的力學(xué)性能。
[0007]本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量百分比組成包括:
[0008]Gd: 3.5 ~4.5% ；
[0009]Y: 2.2 ~2.8% ；
[0010]Nd:1.5 ~2.0%;
[0011]Dy:0.I ~1.5% ；
[0012]Zr:0.45 ~0.55% ；
[0013]余量為Mg。[0014]優(yōu)選的，包括0.3~I.0%的Dy。
[0015]本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
[0016]A )將鎂、鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金熔融制備得到稀土鎂合金鑄件；
[0017]B)將上述步驟A)得到的稀土鎂合金鑄件熱處理后得到稀土鎂合金。
[0018]優(yōu)選的，所述鎂-釓中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釓的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-釔中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釔的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-釹中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釹的質(zhì)量百分比為10~30% ；所述鎂-鏑中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，鏑的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-鋯中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為60~80%，鋯的質(zhì)量百分比為20~40%。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟A)具體為:
[0020]Al)在保護(hù)氣的作用下，將鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金熔融，得到第一熔體；
[0021]A2)向上述第一熔體中加入鎂-釔中間合金、鎂-鏑中間合金和鎂-鋯中間合金，升溫并通入氬氣，得到第二熔體；
[0022]A3)將步驟A2)得到的第二熔體恒溫靜置后，再降溫進(jìn)行澆鑄，得到稀土鎂合金鑄件。
[0023]優(yōu)選的，所述熔融的溫度為750~770°C。
[0024]優(yōu)選的，所述升溫的溫度為775~790°C，所述通入氬氣的時(shí)間為15~35分鐘。
[0025]優(yōu)選的，所述靜置的時(shí)間為10~30分鐘，所述降溫的溫度為730~750°C。
[0026]優(yōu)選的，所述步驟B)的具體步驟為:
[0027]BI)將所述稀土鎂合金鑄件在第一溫度下恒溫I~3小時(shí)，再升至第二溫度下恒溫7~9小時(shí)，最后在室溫下冷卻22~26小時(shí)；
[0028]B2)將步驟B I)處理過(guò)的稀土鎂合金鑄件在第三溫度下恒溫46~50小時(shí)后，在室溫下冷卻后得到稀土鎂合金。
[0029]優(yōu)選的，所述第一溫度為280~320°C，所述第二溫度為510~550°C，所述第三溫度為180~220°C。
[0030]本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土鎂合金及其制備方法，其特征在于，按質(zhì)量百分比組成包括:Gd:3.5 ~4.5%, Y:2.2 ~2.8%,Nd:1.5 ~2.0%,Dy:0.1 ~1.5%, Zr:0.45 ~0.55%，其余為Mg。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用多元合金化的方法降低稀土元素在合金中的比重，充分利用了稀土元素在強(qiáng)化機(jī)制方面的互補(bǔ)關(guān)系，通過(guò)Dy元素的細(xì)化作用以及特有的稀土元素搭配比例，在稀土鎂合金中稀土元素質(zhì)量總含量不高于10%的情況下，使得稀土鎂合金在室溫及高溫下?lián)碛懈玫牧W(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的稀土鎂合金在室溫下抗拉強(qiáng)度約為340MPa，在250°C的條件下抗拉強(qiáng)度約為300MPa，并且在200°C /80MPa條件下，100小時(shí)的蠕變變形為0.16%。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明比較例I中制備的Mg-4Gd-3Y-2Nd_0.5Zr稀土鎂合金的金相微觀組織圖；[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的Mg-4Gd-3Y-2Nd_0.1Dy-0.5Zr稀土鎂合金的金相微觀組織圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中制備的Mg-4Gd-3Y-2Nd_0.5Dy-0.5Zr稀土鎂合金的金相微觀組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)而不是對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利要求的限制。
[0035]本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量百分比組成包括:
[0036]Gd: 3.5 ~4.5% ；
[0037]Y: 2.2 ~2.8% ；
[0038]Nd:1.5 ~2.0%;
[0039]Dy:0.I ~1.5% ；
[0040]Zr:0.45 ~0.55% ；
[0041]余量為Mg。
[0042]本發(fā)明提供的稀土鎂合金在稀土元素質(zhì)量總含量不高于10%的情況下，在室溫及高溫下，擁有更好的力學(xué)性能。
`[0043]本發(fā)明所用原料，對(duì)其來(lái)源沒(méi)有特別限制，在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的即可。
[0044]本發(fā)明對(duì)室溫的定義沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的室溫定義即可，優(yōu)選為20~30°C。
[0045]本發(fā)明中，按質(zhì)量百分比組成，所述Dy的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為0.1~1.5%，更優(yōu)選為0.2~1.3%，最優(yōu)選為0.3~1.0% ;本發(fā)明對(duì)Dy的來(lái)源沒(méi)有特別限定，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的稀土元素來(lái)源或市售的稀土元素即可；本發(fā)明對(duì)Dy的純度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的稀土元素純度即可。
[0046]本發(fā)明將Dy作為稀土元素加入到稀土鎂合金中，通過(guò)Dy元素的細(xì)化作用，在稀土鎂合金中能夠形成細(xì)小而彌散分布的耐高溫金相組織，因此可以在稀土元素質(zhì)量百分比總含量不高于10%的情況下，能夠在室溫及高溫條件下，具有更好的力學(xué)性能。
[0047]本發(fā)明中，按質(zhì)量百分比組成，所述Gd的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為3.5~4.5%，更優(yōu)選為3.7~4.3% ;所述Y的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為2.2~2.8%，更優(yōu)選為2.3~2.7% ;本發(fā)明對(duì)Gd和Y的來(lái)源沒(méi)有特別限定，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的稀土元素來(lái)源或市售的稀土元素即可；本發(fā)明對(duì)Gd和Y的純度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的稀土元素純度即可。
[0048]本發(fā)明將Gd和Y作為稀土元素加入到稀土鎂合金中，能夠顯著的提高合金的高溫機(jī)械性能。同時(shí)Gd和Y屬于重稀土元素在鎂中具有較高的固溶度，且隨著溫度的降低而下降，通過(guò)固溶強(qiáng)化能有效的提高合金中基體的強(qiáng)度，并且形成優(yōu)異的時(shí)效沉淀強(qiáng)化合金系。
[0049]本發(fā)明中，按質(zhì)量百分比組成，所述Nd的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為1.5~2.0%，更優(yōu)選為1.6~1.9% ;本發(fā)明對(duì)Nd的來(lái)源沒(méi)有特別限定，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的稀土元素來(lái)源或市售的稀土元素即可；本發(fā)明對(duì)Nd的純度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的稀土元素純度即可。
[0050]本發(fā)明將Nd作為稀土元素加入到稀土鎂合金中，能夠提高合金的耐熱強(qiáng)度，同時(shí)還能有效的凈化稀土鎂合金的熔融液，從而改善稀土鎂合金的鑄造性能。
[0051]本發(fā)明中，按質(zhì)量百分比組成，所述Zr的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為0.45~0.55%，更優(yōu)選為0.47~0.53%。本發(fā)明對(duì)Zr的來(lái)源沒(méi)有特別限定，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法制備或市售的即可；本發(fā)明對(duì)Zr的純度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的純度即可。本發(fā)明將Zr加入到稀土鎂合金中，能夠顯著的細(xì)化晶粒，從而大幅度提高合金力學(xué)性能。
[0052]本發(fā)明中，所述稀土鎂合金中按質(zhì)量百分比組成，其余為Mg;本發(fā)明對(duì)Mg的來(lái)源沒(méi)有特別限定，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法制備或市售的即可；本發(fā)明對(duì)Mg的純度沒(méi)有其他特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的純度即可。
[0053]本發(fā)明中，所述稀土鎂合金中不可避免的還包括雜質(zhì)元素。例如:Fe、Cu、Si和Ni。本發(fā)明對(duì)稀土鎂合金中雜質(zhì)元素的含量沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的稀土鎂合金中的雜質(zhì)元素的含量即可，所述Fe的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為Fe ( 0.005%,更優(yōu)選為Fe ( 0.004% ;所述Cu的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為Cu ( 0.0005%,更優(yōu)選為Cu ( 0.0004% ;所述Si的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為Si ( 0.005%，更優(yōu)選為Si ( 0.004% ;所述Ni的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為Ni ^ 0.0005%,更優(yōu)選為Si ^ 0.0004%。
[0054]本發(fā)明針對(duì)高稀土組分Mg-Gd-Y-Zr系列合金中存在稀土含量高，延展性低的問(wèn)題，采用多元合金化的方法降低稀土元素在合金中的比重，充分利用了稀土元素在強(qiáng)化機(jī)制方面的互補(bǔ)關(guān)系，再通過(guò)Dy元素的細(xì)化作用以及特有的稀土元素搭配比例，使得稀土元素在質(zhì)量總含量不高于10%的情況下，能夠在室溫及高溫下?lián)碛懈玫牧W(xué)性能。
[0055]本發(fā)明公開(kāi)了上述稀土鎂合金的制備方法，包括以下步驟:`[0056]A)將鎂、鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金熔融制備得到稀土鎂合金鑄件；
[0057]B)將上述步驟A)得到的稀土鎂合金鑄件熱處理后得到稀土鎂合金。
[0058]本發(fā)明將鎂與稀土釓制備得到鎂-釓中間合金，所述鎂-釓中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比優(yōu)選為70~90%，更優(yōu)選為75~85%，所述釓的質(zhì)量百分比優(yōu)選為10~30%，更優(yōu)選為15~25%。
[0059]本發(fā)明將鎂與稀土釔制備得到鎂-釔中間合金，所述鎂-釔中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比優(yōu)選為70~90%，更優(yōu)選為75~85%，所述釔的質(zhì)量百分比優(yōu)選為10~30%，更優(yōu)選為15~25%。
[0060]本發(fā)明將鎂與稀土釹制備得到鎂-釹中間合金，所述鎂-釹中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比優(yōu)選為70~90%，更優(yōu)選為75~85%，所述釹的質(zhì)量百分比優(yōu)選為10~30%，更優(yōu)選為15~25%。
[0061 ] 本發(fā)明將鎂與稀土鏑制備得到鎂-鏑中間合金，所述鎂-鏑中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比優(yōu)選為70~90%，更優(yōu)選為75~85%，所述鏑的質(zhì)量百分比優(yōu)選為10~30%，更優(yōu)選為15~25%。
[0062]本發(fā)明將鎂與鋯制備得到鎂-鋯中間合金，所述鎂-鋯中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比優(yōu)選為60~80%，更優(yōu)選為65~75%，所述鋯的質(zhì)量百分比優(yōu)選為20~40%，更優(yōu)選為25 ~35%。
[0063]本發(fā)明中上述鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金的制備，沒(méi)有先后次序之分。本發(fā)明對(duì)上述中間合金的其他性質(zhì)沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備稀土鎂合金的中間合金的性質(zhì)即可。
[0064]本發(fā)明對(duì)熔融的過(guò)程沒(méi)有其他特別限制，以金屬鎂與稀土元素釓為例，具體過(guò)程可以為:在保護(hù)氣的作用下，首先將金屬鎂和稀土元素釓加熱后熔融，再將熔融液攪拌均勻并靜置，最后得到鎂-釓中間合金。所述保護(hù)氣優(yōu)選為SF6與CO2的混合氣體，所述SF6 =CO2的體積比優(yōu)選為1:200 ;所述熔融的溫度優(yōu)選為770~800°C，更優(yōu)選為780~790°C。所述靜置的時(shí)間優(yōu)選為10~30分鐘，更優(yōu)選為15~25分鐘。本發(fā)明對(duì)熔融的設(shè)備沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為鑄鐵或石墨 坩堝。
[0065]本發(fā)明中鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金均優(yōu)選按照鎂-釓中間合金的制備過(guò)程制備。
[0066]本發(fā)明對(duì)上述中間合金的來(lái)源沒(méi)有特別限制，可以按上述方法制備得到，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以通過(guò)其他途徑獲得。
[0067]本發(fā)明在得到上述鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金后，在保護(hù)氣的作用下，首先將鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金熔融，得到第一熔體。所述保護(hù)氣優(yōu)選為SF6與CO2的混合氣體，所述SF6 =CO2的體積比優(yōu)選為1:200 ;所述熔融的溫度優(yōu)選為750~770°C，更優(yōu)選為755~765°C。
[0068]本發(fā)明所述熔融的設(shè)備沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為鑄鐵坩堝；本發(fā)明對(duì)鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金的加入順序沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為依次加入鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金；本發(fā)明對(duì)鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金的碼放順序沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為將鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金碼放在鎂的上面，從而在熔融后能夠混合的更均勻。
[0069]然后再向上述第一熔體中加入鎂-釔中間合金、鎂-鏑中間合金和鎂-鋯中間合金，升溫并通入氬氣，得到第二熔體；所述升溫的溫度優(yōu)選為775~790°C，更優(yōu)選為780~785 °C;所述通入氬氣的時(shí)間優(yōu)選為15~35分鐘，更優(yōu)選為20~30分鐘；本發(fā)明對(duì)所述氬氣沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用作保護(hù)氣的氬氣即可；本發(fā)明對(duì)所述通入氬氣的設(shè)備沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氬氣通入設(shè)備即可。
[0070]最后將上述第二熔體恒溫靜置后，再降溫進(jìn)行澆鑄，得到稀土鎂合金鑄件；所述靜置的時(shí)間優(yōu)選為20~40分鐘，更優(yōu)選為25~35分鐘；所述降溫的溫度優(yōu)選為730~750°C，更優(yōu)選為735~745°C。本發(fā)明對(duì)澆鑄的具體過(guò)程沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的澆鑄稀土鎂合金的過(guò)程即可。
[0071]本發(fā)明在得到稀土鎂合金鑄件后，對(duì)其進(jìn)行熱處理后，得到稀土鎂合金，以進(jìn)一步增強(qiáng)稀土鎂合金的力學(xué)性能。本發(fā)明對(duì)所述熱處理的設(shè)備沒(méi)有特別限制，優(yōu)選采用電阻熱處理爐；本發(fā)明所述熱處理的具體步驟為:
[0072]首先將稀土鎂合金鑄件在第一溫度下恒溫，再升至第二溫度下恒溫，最后在室溫下冷卻；所述第一溫度優(yōu)選為280~320°C，更優(yōu)選為290~310°C ;所述第一溫度下恒溫的時(shí)間優(yōu)選為I~3小時(shí)，更優(yōu)選為1.5~2.5小時(shí)；所述第二溫度優(yōu)選為510~550°C，更優(yōu)選為520~540°C ;所述第二溫度下恒溫的時(shí)間優(yōu)選為7~9小時(shí)，更優(yōu)選為7.5~8.5小時(shí)；所述室溫下的冷卻時(shí)間優(yōu)選為22~26小時(shí)，更優(yōu)選為23~25小時(shí)；本發(fā)明所述室溫，對(duì)其定義沒(méi)有特別要求，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的室溫概念，優(yōu)選為15~25°C，更優(yōu)選為 17 ~22。。。
[0073]然后將上述步驟處理過(guò)的稀土鎂合金鑄件在第三溫度下恒溫后，在室溫下冷卻得到稀土鎂合金；所述第三溫度優(yōu)選為180~220°C，更優(yōu)選為190~210°C;所述第二溫度下恒溫的時(shí)間優(yōu)選為46~50小時(shí)，更優(yōu)選為47~49小時(shí)；本發(fā)明所述室溫，對(duì)其定義沒(méi)有特別要求，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的室溫概念，優(yōu)選為15~25°C，更優(yōu)選為17~22°C。
[0074]本發(fā)明對(duì)上述稀土鎂合金進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果表明，在室溫下其抗拉強(qiáng)度為330~350MPa，屈服強(qiáng)度為190~220MPa，延伸率為6~9%，相較稀土質(zhì)量含量不低于15%的Mg-Gd-Y-Zr鎂合金的機(jī)械性能指標(biāo)(抗拉強(qiáng)度330MPa、屈服強(qiáng)度180MPa、延伸率3%)，均有不同程度的提高。在250°C高溫下其抗拉強(qiáng)度為260~310MPa，屈服強(qiáng)度為170~180MPa，延伸率為14~18%，相較稀土質(zhì)量含量不低于15%的Mg-Gd-Y-Zr鎂合金的機(jī)械性能指標(biāo)(抗拉強(qiáng)度255MPa、屈服強(qiáng)度170MPa、延伸率5%)，同樣有不同程度的提高。
[0075]本發(fā)明提供的稀土鎂合金及其制備方法，通過(guò)Dy元素的細(xì)化作用以及特有的稀土元素搭配比例實(shí)現(xiàn)了少量多元合金的強(qiáng)化，在稀土元素質(zhì)量含量不高于10%的條件下，有效的提高了稀土鎂合金的室溫及高溫下的力學(xué)性能，是一種高強(qiáng)韌耐熱稀土鎂合金。同時(shí)由于其具有良好的塑性，本發(fā)明提供的稀土鎂合金的后續(xù)加工性能也會(huì)相應(yīng)的提高，進(jìn)而實(shí)用性增強(qiáng)，增大了其在航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的稀土鎂合金在室溫下抗拉強(qiáng)度約為340MPa，在250°C的條件下抗拉強(qiáng)度約為300MPa，并且在200°C /80MPa條件下，100小時(shí)的蠕變變形為0.16%。
[0076]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的稀土鎂合金進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0077]比較例I
[0078]Mg-4Gd-3Y-2Nd-0.5Zr 稀土鎂合金
[0079]1、制備鎂-稀土中間合金和鎂-鋯中間合金。
[0080]制備鎂-釓中間合金，將金屬鎂按原料總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為80%、稀土釓的質(zhì)量百分比為20%的配比關(guān)系進(jìn)行配料，再將金屬鎂和稀土釓放入鑄鐵坩堝中，通入體積比為1:200的SF6 =CO2氣體作為保護(hù)氣，加熱熔化并升溫至780°C，攪拌均勻后靜置20分鐘，然后燒鑄成鎂-禮中間合金。
[0081]按照同樣的工藝參數(shù)及原料配比，分別制備鎂-釔中間合金和鎂-釹中間合金。
[0082]制備鎂-鋯中間合金錠，將金屬鎂按原料總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為70%、 金屬鋯的質(zhì)量百分比為30%的配比關(guān)系并采用上述工藝參數(shù)制備鎂-鋯中間合金。
[0083]2、制備 Mg-4Gd-3Y-2Nd-0.5Zr 稀土鎂合金鑄件。
[0084]根據(jù)熔煉過(guò)程中各金屬元素的損耗情況，將金屬鎂按原料總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為44%、鎂-釓中間合金的質(zhì)量百分比為22%、鎂-釔中間合金的質(zhì)量百分比為18%、鎂-釹中間合金的質(zhì)量百分比為11%、鎂-鋯中間合金的質(zhì)量百分比為5%的配比關(guān)系進(jìn)行配料。
[0085]首先將上述原料預(yù)熱到200°C，同時(shí)預(yù)熱鑄鐵坩堝到300°C，通入體積比為1:200的SF6 =CO2氣體作為保護(hù)氣，然后依次向鑄鐵坩堝中加入鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金(中間合金碼放在金屬鎂的頂部)，加熱完全熔化并升溫至760°C時(shí)，得到第一熔體。[0086]再向鑄鐵坩堝中加入鎂-釔中間合金和鎂-鋯中間合金，繼續(xù)加熱升溫至780°C，待鎂-釔中間合金和鎂-鋯中間合金完全熔化后通入氬氣攪拌20分鐘，得到第二熔體。
[0087]然后將上述第二熔體的溫度恒定在780°C靜置30分鐘，當(dāng)熔體溫度下降到740°C時(shí)，進(jìn)行澆鑄，得到稀土鎂合金鑄件。對(duì)上述稀土鎂合金鑄件進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果參見(jiàn)表1:
[0088]表1比較例I所制備的稀土鎂合金的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)
[0089]
【權(quán)利要求】
1.一種稀土鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量百分比組成包括:
Gd:3.5 ~4.5% ；
Y:2.2 ~2.8% ；
Nd:1.5 ~2.0% ；
Dy:0.I ~1.5% ；
Zr:0.45 ~0.55% ； 余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鎂合金，其特征在于，包括0.3~1.0%的Dy。
3.—種稀土鎂合金的制備方法，包括以下步驟: A)將鎂、鎂-釓中間合金、鎂-釔中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-鏑中間合金以及鎂-鋯中間合金熔融制備得到稀土鎂合金鑄件； B)將上述步驟A)得到的稀土鎂合金鑄件熱處理后得到稀土鎂合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鎂-釓中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釓的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-釔中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釔的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-釹中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，釹的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂-鏑中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為70~90%，鏑的質(zhì)量百分比為10~30% ;所述鎂- 鋯中間合金中，鎂的質(zhì)量百分比為60~80%，鋯的質(zhì)量百分比為20~40%ο
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A)具體為: Al)在保護(hù)氣的作用下，將鎂、鎂-釓中間合金和鎂-釹中間合金熔融，得到第一熔體；A2)向上述第一熔體中加入鎂-釔中間合金、鎂-鏑中間合金和鎂-鋯中間合金，升溫并通入氬氣，得到第二熔體； A3)將步驟A2)得到的第二熔體恒溫靜置后，再降溫進(jìn)行澆鑄，得到稀土鎂合金鑄件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述熔融的溫度為750~770°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述升溫的溫度為775~790°C，所述通入IS氣的時(shí)間為15~35分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述靜置的時(shí)間為10~30分鐘，所述降溫的溫度為730~750°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B)的具體步驟為: BI)將所述稀土鎂合金鑄件在第一溫度下恒溫I~3小時(shí)，再升至第二溫度下恒溫7~9小時(shí)，最后在室溫下冷卻22~26小時(shí)； B2)將步驟BI)處理過(guò)的稀土鎂合金鑄件在第三溫度下恒溫46~50小時(shí)后，在室溫下冷卻后得到稀土鎂合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述第一溫度為280~320°C，所述第二溫度為510~550°C，所述第三溫度為180~220°C。
【文檔編號(hào)】C22C23/06GK103484743SQ201310489037
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】孟健, 田政, 張德平, 孫偉, 楊強(qiáng), 杜海, 邱鑫, 牛曉東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所