本發(fā)明涉及一種含稀土高強(qiáng)鎂合金及其制備方法，屬于鎂基合金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。采用鎂合金可以減輕汽車(chē)自重，降低燃油消耗，減少尾氣排放，緩解環(huán)境污染，對(duì)于汽車(chē)工業(yè)具有重要意義。但是，普通鎂合金的強(qiáng)度在高溫下大幅下降，耐熱性能不佳，嚴(yán)重制約其在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用。因此，提高鎂合金的耐熱性能，是鎂合金研究領(lǐng)域的重要課題。

現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)適當(dāng)?shù)暮辖鸹?，可以改善鎂合金的耐熱性能，其中，稀土(re)是提高鎂合金耐熱性能最有效的合金元素。稀土元素可以細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化提高鎂合金的室溫強(qiáng)度，還可以形成彌散的高熔點(diǎn)稀土化合物，在高溫時(shí)仍能釘扎晶內(nèi)位錯(cuò)和晶界滑移，通過(guò)彌散強(qiáng)化提高鎂合金的高溫強(qiáng)度，使得mg-re系(如we系)合金可以在較高溫度下工作。但是，隨著溫度的升高，mg-re系合金(如商用耐熱高強(qiáng)鎂合金we43)的強(qiáng)度大幅下降，導(dǎo)致高溫強(qiáng)度不穩(wěn)定，這會(huì)嚴(yán)重影響鎂合金零部件在高溫下工作的安全可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種室溫和高溫抗拉強(qiáng)度更高的含稀土高強(qiáng)鎂合金。

本發(fā)明還提供了一種上述含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金所采用的技術(shù)方案是：

一種含稀土高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：5.2～5.6％sm，2.0～2.5％zn，1.0～1.5％bi，0.5～1.0％sn，0.3～0.5％sb，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。

所述雜質(zhì)的質(zhì)量百分比小于0.2％。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金可以采用常規(guī)的鎂合金的制備方法進(jìn)行制備。如以純鎂(mg)，純鋅(zn)，純鉍(bi)，純錫(sn)，純銻(sb)以及鎂釤合金(mg-sm)為原料進(jìn)行熔煉、鑄造并經(jīng)過(guò)固溶和時(shí)效處理而制成。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的組分為mg-sm-zn-bi-sn-sb，含稀土高強(qiáng)鎂合金以稀土sm為第一組分，sm在mg中的最大固溶度為5.8wt％，可以生成高熔點(diǎn)強(qiáng)化相mg41sm5，提高合金強(qiáng)度。為保證強(qiáng)化效果和控制合金成本，sm的加入量選為5.2～5.6wt％。加入不同含量的zn，bi，sn，sb，不僅可以細(xì)化晶粒，提高室溫強(qiáng)度，而且可以生成高熔點(diǎn)強(qiáng)化相mgzn，mg3bi2，mg2sn，mg3sb2，改善高溫強(qiáng)度。利用多元合金化的綜合作用，進(jìn)一步提高合金的室溫和高溫強(qiáng)度。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金具有優(yōu)良的室溫和高溫強(qiáng)度性能，在室溫下的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)282mpa；隨著溫度升高抗拉強(qiáng)度逐漸降低，但300℃時(shí)抗拉強(qiáng)度仍然高于200mpa。商用耐熱高強(qiáng)鎂合金we43中稀土含量為7％左右，本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金與商用的耐熱高強(qiáng)鎂合金we43相比，不僅具有更低的稀土含量，同時(shí)還具有更高的強(qiáng)度性能，在汽車(chē)工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法所采用的技術(shù)方案為：

一種上述含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括以下步驟：在保護(hù)氣氛中，將含配方量各組分的鎂合金液在720～740℃下澆入模具中，得到鎂合金鑄錠，即得。

上述含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法還包括將得到的鎂合金鑄錠進(jìn)行熱處理。

所述熱處理為依次進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理。

所述固溶處理的溫度為510～530℃，時(shí)間為7～9h。

所述時(shí)效處理的溫度為200～220℃，時(shí)間為14～18h。

所述保護(hù)氣氛為co2+sf6混合氣體。

所述鎂合金液采用鋅、鉍、錫、銻、鎂和鎂釤合金熔煉后得到。優(yōu)選的，所述鎂釤合金為mg-25％sm合金。所述熔煉的溫度為700～720℃。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。

各實(shí)施例中所采用的純鎂、純鋅的純度為99.8％，所采用的純鉍、純錫和純銻的純度為99.5％，所采用的鎂釤合金為mg-25％sm，純度為99.8％。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的含稀土高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：5.6％sm，2.0％zn，1.5％bi，1.0％sn，0.5％sb，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)元素總量小于0.2％。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

1)在co2+sf6混合氣體保護(hù)下，將純鎂、純鋅、純鉍、純錫、純銻和鎂釤合金在剛玉坩堝和感應(yīng)爐中700℃下熔煉，得到鎂合金液，然后將鎂合金液升溫至720℃，澆入鋼制模具中，得到鎂合金鑄錠；

2)將步驟1)得到的鎂合金鑄錠進(jìn)行熱處理，即得；所述熱處理是先在510℃下固溶處理9h，再在200℃下時(shí)效處理18h。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的含稀土高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：5.4％sm，2.2％zn，1.2％bi，0.8％sn，0.4％sb，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)元素總量小于0.2％。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

1)在co2+sf6混合氣體保護(hù)下，將純鎂、純鋅、純鉍、純錫、純銻和鎂釤合金在剛玉坩堝和感應(yīng)爐中710℃下熔煉，得到鎂合金液，然后將鎂合金液升溫至730℃，澆入鋼制模具中，得到鎂合金鑄錠；

2)將步驟1)得到的鎂合金鑄錠進(jìn)行熱處理，即得；所述熱處理是先在520℃下固溶處理8h，再在210℃下時(shí)效處理16h。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的含稀土高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：5.2％sm，2.5％zn，1.0％bi，0.5％sn，0.3％sb，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)元素總量小于0.2％。

本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

1)在co2+sf6混合氣體保護(hù)下，將純鎂、純鋅、純鉍、純錫、純銻和鎂釤合金在剛玉坩堝和感應(yīng)爐中720℃下熔煉，得到鎂合金液，然后將鎂合金液升溫至740℃，澆入鋼制模具中，得到鎂合金鑄錠；

2)將步驟1)得到的鎂合金鑄錠進(jìn)行熱處理，即得；所述熱處理是先在530℃下固溶處理7h，再在220℃下時(shí)效處理14h。

對(duì)比例

對(duì)比例的鎂合金為耐熱高強(qiáng)鎂合金we43，組成為mg-4y-2nd-1gd-0.5zr。

對(duì)比例的耐熱高強(qiáng)鎂合金we43的制備方法，除采用的原料為純鎂和mg-25％y、mg-20％nd、mg-25％gd、mg-30％zr中間合金，其余完全同實(shí)施例2。

實(shí)驗(yàn)例

將實(shí)施例1～3中經(jīng)過(guò)固溶和時(shí)效處理的含稀土高強(qiáng)鎂合金按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb6397-86《金屬拉伸實(shí)驗(yàn)試樣》加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在島津ag-i250kn電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫和高溫拉伸試驗(yàn)，拉伸速率為1mm/min。高溫拉伸時(shí)，要保溫5分鐘再進(jìn)行拉伸。

拉伸試驗(yàn)以對(duì)比例的耐熱高強(qiáng)鎂合金we43為對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1實(shí)施例1～3及對(duì)比例的高強(qiáng)鎂合金的抗拉強(qiáng)度

從表1中可以看出，對(duì)比例的耐熱高強(qiáng)鎂合金we43室溫抗拉強(qiáng)度為260mpa，隨著溫度升高抗拉強(qiáng)度逐漸下降；300℃降為160mpa時(shí)，已不能滿足使用要求，因此，其最高使用溫度為250℃。而實(shí)施例1～3的含稀土高強(qiáng)鎂合金在室溫下的抗拉強(qiáng)度為270～282mpa，隨著溫度升高抗拉強(qiáng)度逐漸下降，但300℃下抗拉強(qiáng)度為202～208mpa，仍高于200mpa。

因此，本發(fā)明的含稀土高強(qiáng)鎂合金，具有優(yōu)異的室溫和高溫強(qiáng)度。與耐熱高強(qiáng)鎂合金we43相比，稀土含量更低，抗拉強(qiáng)度更高，使用溫度可達(dá)300℃，在合金成本、強(qiáng)度性能和使用溫度方面均優(yōu)于耐熱高強(qiáng)鎂合金we43。