本發(fā)明屬于鎂合金
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體是涉及一種低成本耐熱鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù):
:鎂合金是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優(yōu)點(diǎn),在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。但目前大多數(shù)鎂合金的絕對(duì)強(qiáng)度仍然較低,這就限制了鎂合金在眾多受力結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。特別是當(dāng)使用溫度或者環(huán)境溫度升高時(shí),鎂合金的強(qiáng)度會(huì)大幅度下降,又極大地限制了鎂合金在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、自動(dòng)變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。稀土是提高鎂合金耐熱性能的有效合金元素,在已開發(fā)的耐熱鎂合金中,如EQ21、QE22、WE43、WE54等通常都含有大量的稀土元素和稀貴金屬,如EQ21合金含1.3~3.0%的稀土、1.3~1.7%的銀、0.4~1.0%的鋯,導(dǎo)致該合金的生產(chǎn)成本是AZ91D鎂合金的4倍以上。再如WE43合金含2.4~4.4%的稀土、3.7~4.3%的釔、0.4~1.0%的鋯,導(dǎo)致該合金的生產(chǎn)成本是AZ91D鎂合金的2倍以上。正是由于這些耐熱鎂合金含有大量的稀土元素和稀貴金屬,導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高,極大的限制了這些耐熱鎂合金的應(yīng)用。因此,開發(fā)新型的低成本耐熱鎂合金對(duì)于推動(dòng)鎂合金的應(yīng)用具有十分重要的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在問題和不足,提供一種強(qiáng)度高、耐熱性能好、生產(chǎn)成本低的低成本耐熱鎂合金及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金,其特點(diǎn)是由以下成分及質(zhì)量百分比組成:Gd1.5~2.5%,Y0.5~1.5%,Al0.5~1.0%,Zr0.025~0.05%,C0.0025~0.005%,B0.0025~0.005%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。優(yōu)選的,本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金,由以下成分及質(zhì)量百分比組成:Gd2.0%,Y1.2%,Al0.8%,Zr0.04%,C0.004%,B0.004%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的制備方法,其特點(diǎn)是包括以下步驟:第一步:選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料;第二步:在氣體保護(hù)和700~760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠,然后加入占原材料總重量為7.5~12.5%的Mg-20Gd合金和2.5~7.5%的Mg-20Y合金,攪拌熔化成鎂合金液;第三步:對(duì)鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜,再加入占原材料總重量為0.5~1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,攪拌使鎂合金液的成分均勻;第四步:在680~740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金,得到低成本耐熱鎂合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于350MPa,200℃的高溫抗拉強(qiáng)度大于280MPa,300℃的高溫抗拉強(qiáng)度大于200MPa,具有強(qiáng)度高、耐熱性能好的優(yōu)點(diǎn),適合于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、自動(dòng)變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件。另外,相比于現(xiàn)有的EQ21、QE22、WE43、WE54等耐熱鎂合金,本發(fā)明低成本耐熱鎂合金具有更高的室溫和高溫強(qiáng)度,并且含有更少的稀土元素Gd和Y,因此生產(chǎn)成本大幅度降低,有利于耐熱鎂合金的推廣應(yīng)用,具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確,以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金,由以下成分及質(zhì)量百分比組成:Gd1.5~2.5%,Y0.5~1.5%,Al0.5~1.0%,Zr0.025~0.05%,C0.0025~0.005%,B0.0025~0.005%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。優(yōu)選的,所述低成本耐熱鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為:Gd2.0%,Y1.2%,Al0.8%,Zr0.04%,C0.004%,B0.004%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。其中,Gd和Y是本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的主要合金元素,Gd和Y在鎂合金中的固溶度較高,通過固溶強(qiáng)化既可以提高鎂合金的室溫強(qiáng)度又可以提高鎂合金的高溫強(qiáng)度。另外,Gd和Y稀土元素的原子擴(kuò)散能力差,既可以提高鎂合金的再結(jié)晶溫度和減緩再結(jié)晶過程,又可以析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子,從而提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。Gd和Y的含量越高,固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用越強(qiáng),鎂合金的室溫和高溫強(qiáng)度都越高。但稀土元素Gd、Y的價(jià)格昂貴,添加太多的Gd、Y會(huì)顯著增加鎂合金的生產(chǎn)成本。經(jīng)綜合考慮強(qiáng)度、耐熱性和生產(chǎn)成本因素,因此,選擇添加1.5~2.5%的Gd和0.5~1.5%的Y,優(yōu)選的,Gd含量為2.0%,Y含量為1.2%。Al、Zr、C、B是以Al-5Zr-0.5C-0.5B合金形式加入到鎂合金中。Al-5Zr-0.5C-0.5B合金是由氟鋯酸鉀、氟硼酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應(yīng)得到,內(nèi)部含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子。ZrB2粒子和ZrC粒子都具有熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn),特別是ZrB2粒子和ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結(jié)構(gòu),并且晶格常數(shù)相近,晶格常數(shù)錯(cuò)配度非常低,是鎂晶粒的優(yōu)良非均質(zhì)形核核心,可細(xì)化鎂合金晶粒。更重要的是,由于ZrB2粒子和ZrC粒子的熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性好,大量的ZrB2粒子和ZrC粒子進(jìn)入到鎂合金中,這些粒子分布于晶界和相界,可釘扎晶界和相界,起到顯著的彌散強(qiáng)化作用,從而提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱性能。發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)研究表明,添加0.5~1.0%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,鎂合金中含有0.025~0.05%的Zr,0.0025~0.005%的C和B,鎂合金液中含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子,通過ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復(fù)合作用,既可顯著細(xì)化鎂合金的晶粒,又可顯著提高鎂合金的室溫和高溫強(qiáng)度。發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)研究還表明,在相同添加量的條件下,添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,形成ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復(fù)合強(qiáng)化效果比只添加Al-5Zr-1C合金的ZrC單相粒子強(qiáng)化效果或者只添加Al-5Zr-1B合金的ZrB2單相粒子強(qiáng)化細(xì)化效果都更好,因此,本發(fā)明選擇添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金。優(yōu)選的,Al-5Zr-0.5C-0.5B合金添加為0.8%,鎂合金中含有0.04的Zr,0.004%的C和B。本發(fā)明還提供了所述低成本耐熱鎂合金的制備方法,具體包括以下步驟:第一步:選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料;第二步:在氣體保護(hù)和700~760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠,然后加入占原材料總重量為7.5~12.5%的Mg-20Gd合金和2.5~7.5%的Mg-20Y合金,攪拌熔化成鎂合金液;第三步:對(duì)鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜,再加入占原材料總重量為0.5~1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,攪拌使鎂合金液的成分均勻;第四步:在680~740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金,得到低成本耐熱鎂合金。本發(fā)明的制備方法,選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料,通過優(yōu)化Gd、Y主合金元素的含量,經(jīng)精煉除氣除雜后,再加入Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,能夠充分發(fā)揮Al-5Zr-0.5C-0.5B合金對(duì)鎂合金液的晶粒細(xì)化和彌散強(qiáng)化作用,確保本發(fā)明鎂合金獲得高強(qiáng)度和優(yōu)異的耐熱性能。為了更詳盡的描述本發(fā)明的低成本耐熱鎂合金及其制備方法,以下列舉幾個(gè)實(shí)施例作更進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1:本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為:Gd1.5%,Y0.5%,Al0.5%,Zr0.025%,C0.0025%,B0.0025%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟:第一步:選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料;第二步:在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和700℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠,然后加入占原材料總重量為7.5%的Mg-20Gd合金和2.5%的Mg-20Y合金,攪拌熔化成鎂合金液;第三步:采用JDMR2溶劑對(duì)鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜,再加入占原材料總重量為0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,攪拌使鎂合金液的成分均勻;第四步:在680℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金,得到低成本耐熱鎂合金。實(shí)施例2:本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為:Gd2.0%,Y1.2%,Al0.8%,Zr0.04%,C0.004%,B0.004%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟:第一步:選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料;第二步:在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和730℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠,然后加入占原材料總重量為10%的Mg-20Gd合金和6%的Mg-20Y合金,攪拌熔化成鎂合金液;第三步:采用JDMR2溶劑對(duì)鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜,再加入占原材料總重量為0.8%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,攪拌使鎂合金液的成分均勻;第四步:在710℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金,得到低成本耐熱鎂合金。實(shí)施例3:本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為:Gd2.5%,Y1.5%,Al1.0%,Zr0.05%,C0.005%,B0.005%,Si≤0.1%,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%,總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟:第一步:選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料;第二步:在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠,然后加入占原材料總重量為12.5%的Mg-20Gd合金和7.5%的Mg-20Y合金,攪拌熔化成鎂合金液;第三步:采用JDMR2溶劑對(duì)鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜,再加入占原材料總重量為1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金,攪拌使鎂合金液的成分均勻;第四步:在740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金,得到低成本耐熱鎂合金。按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16865-2013,將實(shí)施例1-3的低成本耐熱鎂合金加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,在DNS200型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上,分別在室溫、200℃和300℃條件下進(jìn)行拉伸,拉伸速率為2毫米/分鐘,拉伸力學(xué)性能如表1所示。表1實(shí)施例1-3的低成本耐熱鎂合金的拉伸強(qiáng)度實(shí)施例序號(hào)室溫抗拉強(qiáng)度/MPa200℃抗拉強(qiáng)度/MPa300℃抗拉強(qiáng)度/MPa實(shí)施例1350.5284.1201.8實(shí)施例2371.2304.5223.5實(shí)施例3384.5315.8241.8由表1的檢測(cè)結(jié)果可見,本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于350MPa,200℃的高溫抗拉強(qiáng)度大于280MPa,300℃的高溫抗拉強(qiáng)度大于200MPa,具有強(qiáng)度高、耐熱性能好的優(yōu)點(diǎn),適合于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、自動(dòng)變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件。另外,相比于現(xiàn)有的EQ21、QE22、WE43、WE54等耐熱鎂合金,本發(fā)明低成本耐熱鎂合金具有更高的室溫和高溫強(qiáng)度,并且含有更少的稀土元素Gd和Y,因此生產(chǎn)成本大幅度降低,有利于鎂合金的推廣應(yīng)用,具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本發(fā)明是通過實(shí)施例來描述的,但并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制,參照本發(fā)明的描述,所公開的實(shí)施例的其他變化,如對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的,這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3