一種抗蠕變稀土鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種抗蠕變稀土鎂合金，由以下重量百分比的組分組成：4%～6%Y，0.5%～2%Zn，0.5%～1.5%Ca，0.5%～1.2%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。本發明的抗蠕變稀土鎂合金，具有非常優異的抗蠕變性能，在蠕變溫度為250℃，應力為70MPa條件下100小時總蠕變量不大于0.24%，穩態蠕變速率為8.48×10-9s-1，具有明顯優于WE43鎂合金的蠕變性能；與商用鎂合金WE43合金相比，本發明的抗蠕變鎂合金中稀土用量減少，適量添加了Ca、Zn和Sb等廉價元素，明顯降低了成本，抗蠕變性能得到顯著改善，在航空航天、汽車工業、武器裝備等方面有著廣闊的應用前景。
【專利說明】一種抗蠕變稀土鎂合金
【技術領域】
[0001]本發明屬于鎂合金【技術領域】，具體涉及一種抗蠕變稀土鎂合金。
【背景技術】
[0002]鎂及鎂合金是工程應用中最輕的金屬結構材料，在許多領域應用都有十分顯著的優勢，特別是在航空、航天和汽車、摩托車、高速輕軌列車方面具有難以替代的優勢，但是，鎂合金的強度和耐熱性能不佳，嚴重阻礙其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的應用，因此提高鎂合金的強度和耐熱性能是發展鎂合金材料的重要課題。
[0003]現有的抗蠕變鎂合金主要從限制位錯運動和強化晶界入手，通過適當的合金化，通過引入熱穩定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴散速率或者改善晶界結構狀態和組織形態等手段來實現提高鎂合金熱強性和高溫蠕變抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高鎂合金蠕變能最有效的合金元素。大部分稀土元素在鎂中具有較大的固溶度極限，而且隨溫度下降，固溶度急劇減少，得到較大的過飽和度，從而在隨后的時效過程中析出彌散的、高熔點的稀土化合物相；稀土元素還可以細化晶粒、提高室溫強度，而且分布在晶內和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點稀土化合物，在高溫時仍能釘扎晶內位錯和晶界滑移，從而提高了鎂合金的抗蠕變性能；同時，稀土元素在鎂基體中的擴散速率較慢，這使得Mg-RE合金適于在較高溫度環境下長期工作。Mg-RE (如Mg-Y系)合金是重要的抗蠕變鎂合金系，具有較高的高溫強度和優良的抗蠕變性能。當前在200~300°C下長期工作的鎂合金零部件均為Mg-RE系合金，Mg-RE系成為發展抗蠕變鎂合金的一個重要合金系O
[0004]作為鎂和稀土資源大國，中國關于稀土鎂合金的研究近年來不斷增多和深入，稀土鎂合金的成功研發將有助于我們利用這一優勢。目前的商業耐熱鎂合金如WE43，其存在的主要不足是抗蠕變性能不高，還不能完全滿足航空航天、軍工、汽車及其它行業在較寬的作業溫度范圍特別是在200°C _300°C下使用時對抗蠕變性能的更高要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種抗蠕變稀土鎂合金，
[0006]為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是:一種抗蠕變稀土鎂合金，由以下重量百分比的組分組成:4%~6%Y, 0.5%~2%Ζη, 0.5%~1.5%Ca, 0.5%~1.2%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。
[0007]所述的Y、Zn、Ca、Sb的質量百分比之和為7%~9%。
[0008]所述雜質中S1、Fe、Cu和Ni的總含量小于0.2%。
[0009]所述抗蠕變稀土鎂合金是由鎂、銻、鋅和中間合金Mg-Y、Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理制成的。
[0010]按上述組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在co2+sf6混合氣體保護下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Zn、Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態鎂合金，后進行熱處理。所述熱處理是對鑄態鎂合金依次進行固溶處理和時效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時間為8小時。所述時效處理的處理溫度為250°C，處理時間為16小時。
[0011]本發明的抗蠕變稀土鎂合金的合金組分為Mg-Y-Zn-Ca-Sb。本發明采用Y為第一組分，Y在Mg固溶體中的最大固溶度為12wt%，為保證合金得到良好的時效析出強化和固溶強化效果，Y的加入量不低于4wt%，同時為了避免合金密度增加太多，以及合金過分脆化，因此本發明的Y加入量不高于6wt% ;加入少量的Zn可以提高鎂合金鑄件的抗蠕變性能，過量Zn的加入影響固溶效果，不能充分發揮時效強化效果；少量Ca的加入可與Mg生成高熔點強化相Mg2Ca改善鎂合金的高溫性能，改善高溫強度和抗蠕變性能，但Ca過量會影響鑄造性能，因此本發明的Ca加入量不高于1.5wt% ;加入少量的Sb，可以在基體中析出熱穩定性的Mg3Sb2，在高溫下有效地強化了基體，抑制了高溫下晶界的滑移，本發明的Sb加入量不高于1.2wt% ;綜合利用稀土元素(Y)、堿土元素(Ca)和其他元素(Sb、Zn)的強化作用，進一步提高合金的抗蠕變性能。
[0012]本發明的抗蠕變稀土鎂合金，合金組分為Mg-Y-Zn-Ca-Sb，具有非常優異的抗蠕變性能，在蠕變溫度為250°C，應力為70MPa條件下100小時總蠕變量不大于0.24%，穩態蠕變速率為8.48Χ10Λ-1 ;而WE43鎂合金在蠕變溫度為250V，應力為60MPa條件下100小時的穩態蠕變速率為4.46 X ΙΟ—8。1，本發明的抗蠕變稀土鎂合金具有明顯優于WE43鎂合金的蠕變性能。與商用鎂合金WE43合金相比，本發明的抗蠕變鎂合金中稀土用量減少，適量添加了 Ca、Zn和Sb等廉價元素，明顯降低了成本，抗蠕變性能得到顯著改善，在航空航天、汽車工業、武器裝備等方面有著廣闊的應用前景。
【具體實施方式】
[0013]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的說明。
[0014]本發明【具體實施方式】中涉及到的原料鎂(Mg)、鋪(Sb)、Zn (鋅)，中間合金Mg_Y、Mg-Ca均為市售產品。所述原料的純度為99.8%的Mg，99.5%的Sb和Zn，99.8%的Mg_20%Y和 Mg-25%Ca。
[0015]實施例1
[0016]本實施例的抗蠕變稀土鎂合金，由以下重量百分比的組分組成:4%Y，2%Zn，
1.5%Ca，0.5%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。所述雜質中S1、Fe、Cu和Ni的總含量小于0.2%。合金元素總含量為8%。
[0017]所述抗蠕變稀土鎂合金是由鎂、銻、鋅和中間合金Mg-Y、Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理制成的。
[0018]按上述組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Zn、Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態鎂合金，后進行熱處理。所述熱處理是對鑄態鎂合金依次進行固溶處理和時效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時間為8小時。所述時效處理的處理溫度為250°C，處理時間為1 6小時。
[0019]本實施例所得抗蠕變稀土鎂合金，其在蠕變溫度為250V，應力為70MPa條件下100小時的總蠕變量為0.21%，穩態蠕變速率為7.51 X KT9S'[0020]實施例2
[0021]本實施例的抗蠕變稀土鎂合金，由以下重量百分比的組分組成:5%Y，1.5%Zn，l%Ca，0.8%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。所述雜質中S1、Fe、Cu和Ni的總含量小于
0.2%。合金元素總含量為8.3%。
[0022]所述抗蠕變稀土鎂合金是由鎂、銻、鋅和中間合金Mg-Y、Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理制成的。
[0023]按上述組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Zn、Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態鎂合金，后進行熱處理。所述熱處理是對鑄態鎂合金依次進行固溶處理和時效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時間為8小時。所述時效處理的處理溫度為250°C，處理時間為16小時。
[0024]本實施例所得抗蠕變稀土鎂合金，其在蠕變溫度為250V，應力為70MPa條件下100小時的總蠕變量為0.24%，穩態蠕變速率為8.48X ΙΟΛ—1。
[0025]實施例3
[0026]本實施例的抗蠕變稀土鎂合金，由以下重量百分比的組分組成:6%Υ，0.5%Ζη，
0.5%Ca，1.2%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。所述雜質中S1、Fe、Cu和Ni的總含量小于
0.2%。合金元素總含量為8.2%。
[0027]所述抗蠕變稀土鎂合金是由鎂、銻、鋅和中間合金Mg-Y、Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理制成的 。
[0028]按上述組分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，先加入Mg，熔化后加入Zn、Sb和中間合金，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得鑄態鎂合金，后進行熱處理。所述熱處理是對鑄態鎂合金依次進行固溶處理和時效處理。所述固溶處理的處理溫度為525°C，處理時間為8小時。所述時效處理的處理溫度為250°C，處理時間為16小時。
[0029]本實施例所得抗蠕變稀土鎂合金，其在蠕變溫度為250V，應力為70MPa條件下100小時的總蠕變量為0.19%，穩態蠕變速率為6.18 X KT9S'
【權利要求】
1.一種抗蠕變稀土鎂合金，其特征在于:由以下重量百分比的組分組成:4%~6%Y，.0.5%~2%Ζη,0.5%~1.5%Ca,0.5%~1.2%Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的抗蠕變稀土鎂合金，其特征在于:所述的Y、Zn、Ca、Sb的質量百分比之和為7%~9%。
3.根據權利要求1所述的抗蠕變稀土鎂合金，其特征在于:所述雜質中S1、Fe、Cu和Ni的總含量小于0.2%。
4.根據權利要求1、2或3所述的抗蠕變稀土鎂合金，其特征在于:所述抗蠕變稀土鎂合金是由鎂、銻、鋅和中間合金Mg-Y、Mg-Ca為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理制成的。
【文檔編號】C22C23/06GK103757512SQ201410001139
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】陳君, 李全安, 陳曉亞, 張清, 付三玲, 李梅菊, 陳雷雷, 劉文闖 申請人:河南科技大學