專利名稱：高強(qiáng)耐熱變形鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金，特別是涉及一種具有高強(qiáng)韌性和高蠕變強(qiáng)度的鎂合金，它適用常溫和高溫場合下使用的結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明是一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金。
背景技術(shù)：
最近二十年來，世界范圍內(nèi)許多國家都在積極研究開發(fā)滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求的輕質(zhì)高性能生態(tài)型材料。在眾多的輕質(zhì)材料中，鎂合金由于比強(qiáng)度高、比模量高、耐沖擊、抗電磁屏蔽性好，容易鑄造成型，易于回收再生，加之資源豐富等優(yōu)勢，日益引起許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家政府研究人員的重視。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的力學(xué)性能和更廣闊的應(yīng)用前景。在一定程度上可以說，變形鎂合金的發(fā)展與應(yīng)用程度反映和代表了鎂合金的研究與應(yīng)用水平。目前的變形鎂合金(AZ系、ZK系、Mg-Zn-RE系)雖然塑性較好，但室溫和高溫強(qiáng)度較低和抗蠕變性偏低，很難滿足航空、航天、兵器和民用轎車領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)韌、高耐熱性和高蠕變強(qiáng)度的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的要求。
為了提高形變鎂合金材料的強(qiáng)韌性和耐熱性，許多科研工作者開展了大量研究工作Kun Yu等人在《Scripta Materialia》2003年第48卷報(bào)道了一種新型形變鎂合金Mg-2.8％Ce-0.7％Zn-0.7％Zr(wt.％)，該合金在25℃具有抗拉強(qiáng)度257.8MPa、延伸率12％。但該合金的合金元素與本發(fā)明相差甚遠(yuǎn)，且力學(xué)性能也不能和本發(fā)明相比。L.L. Rokhlin等人在《Magnesium Alloys Containing Rare Earth Metals》報(bào)道了幾種高強(qiáng)度形變鎂合金Mg-10％Gd-0.6Mn(wt.％)，Mg-10％Gd-6Y-0.6Mn(wt.％)Mg-10Gd-5Y-0.5Mn、Mg-10Gd-3Y-0.4Zr，S.M.He等人在《Journalof Alloys and Compounds》報(bào)道了一種高強(qiáng)度形變鎂合金Mg-10Gd-2Y-0.5Zr，所述合金都不含Zn或不同時(shí)含Zn和Mn，與本發(fā)明的合金無關(guān)。
經(jīng)在現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中檢索，尚未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明的合金材料和性能完全相同的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服目前變形鎂合金存在的缺點(diǎn)，有效提高材料的室溫和高溫機(jī)械性能，開發(fā)一種高強(qiáng)韌、高耐熱性、高蠕變強(qiáng)度、易于工業(yè)化生產(chǎn)、可在25℃～300℃長期使用的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)是該高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，按重量百分比(wt％)該合金的化學(xué)成分為在于包括釓、釔、鋅、鋯和錳，其重量百分比(wt％)為Gd4.5～12.5，Y2.5～5.0，Zn0.2～1.0，Zr0.2～1.0，Mn 0.1～0.5，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。
本發(fā)明中釓是合金主要的強(qiáng)化元素，它通過固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化提高合金的室溫強(qiáng)度。并且釓與鎂形成耐熱性高的β相(Mg5Gd)可以提高合金的高溫強(qiáng)度。Y的加入可以改善耐熱強(qiáng)化相的形態(tài)，提高耐熱強(qiáng)化相的熱穩(wěn)定性，從而提高釓的室溫和高溫強(qiáng)化能力。Zn和Mn的加入可以改善合金的塑性和熱加工性。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于該高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其中所述的不可避免的雜質(zhì)Si、Fe、Ni、Cu每一種的許用重量百分含量為Si＜0.025、Fe＜0.003、Ni＜0.003、Cu＜0.003、Cl＜0.003。對于合金而言，雜質(zhì)越少越好。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于其二次成型采用溫?cái)D壓或鍛造或軋制或劇烈塑性變形，鑄造方法為金屬型鑄造。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于其二次成型采用溫?cái)D壓或鍛造或軋制或劇烈塑性變形，其鑄造方法為是連續(xù)鑄造。即鑄造方法為是連續(xù)鑄造，二次成型采用溫?cái)D壓或鍛造或軋制或劇烈塑性變形。
本發(fā)明高強(qiáng)耐熱合金，不僅可以用普通變形鎂合金制備方法制備成鑄錠，供隨后二次成型使用，也可以用連續(xù)鑄造方法制成鑄錠，溫?cái)D壓成型材或鍛造成鍛件，對于航空、航天、兵器和民用車輛領(lǐng)域中要求高強(qiáng)韌、高耐熱性、高蠕變強(qiáng)度的輕質(zhì)材料結(jié)構(gòu)件有廣泛的應(yīng)用需求。
由于本發(fā)明在鎂合金的化學(xué)成份中加入了稀土元素釓、釔和金屬元素鋅、鋯和錳，稀土元素釓和釔增強(qiáng)了鎂合金的高溫性能，鋅、鋯和錳的加入提高了鎂合金的塑性和熱加工性。本發(fā)明反復(fù)實(shí)驗(yàn)調(diào)整加入量到適度的比例和配量，采用普通的工藝和設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，所制備的高強(qiáng)耐熱變形鎂合金既有高強(qiáng)韌、高耐熱性、高蠕變強(qiáng)度，同時(shí)還具有適當(dāng)?shù)乃苄院蜔峒庸ば阅堋Ｆ淇估瓘?qiáng)度、屈服強(qiáng)度相對于商業(yè)形變鎂合金均有大幅度的提高，相對于商業(yè)形變鎂合金，本發(fā)明的室溫抗拉強(qiáng)度平均提高14％，高溫抗拉強(qiáng)度平均提高56％；室溫屈服強(qiáng)度平均提高13％，高溫屈服強(qiáng)度平均提高74％。


圖1本發(fā)明實(shí)施例1合金的鑄態(tài)金相組織照片；圖2本發(fā)明實(shí)施例1合金的擠壓后時(shí)效處理的金相組織照片；圖3本發(fā)明實(shí)施例2合金的鑄態(tài)金相組織照片；圖4本發(fā)明實(shí)施例2合金的擠壓后時(shí)效處理的金相組織照片；圖5本發(fā)明實(shí)施例3合金的鑄態(tài)金相組織照片；圖6本發(fā)明實(shí)施例3合金的擠壓后時(shí)效處理的金相組織照片；圖7實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例11和商用變形鎂合金ZK60的力學(xué)性能對照表，圖中ZK60的數(shù)據(jù)均為同樣條件下制備的試樣，并在同樣測試條件下獲得的數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明實(shí)施例1采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為普通溫?cái)D壓制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd12.5，Y3.0，Zn0.5Zr0.5，Mn 0.2，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。不可避免的雜質(zhì)Si、Fe、Ni、Cu、Cl每一種的許用重量百分含量為Si＜0.025、Fe＜0.003、Ni＜0.003、Cu＜0.003、Cl＜0.003。經(jīng)熔配，熱擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。通常采用普通變形鎂合金制備方法就可以達(dá)到如上雜質(zhì)量的要求。圖1是該合金的鑄態(tài)金相組織照片，圖2是該合金的擠壓后熱處理的金相組織照片。從圖2照片可見，該合金擠壓后熱處理的組織為均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒(平均尺寸為5μm)和第二相組成。從圖7表明，該合金具有很高的室溫和高溫力學(xué)性能，比商業(yè)形變鎂合金ZK60的室溫抗拉強(qiáng)度提高了28％，高溫抗拉強(qiáng)度提高95％；室溫屈服強(qiáng)度平均提高了近27％，高溫屈服強(qiáng)度平均提高了117％。
實(shí)施例2采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為軋制制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd8.5，Y5.0，Zn1.0，Zr1.0，Mn 0.5，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。不可避免的雜質(zhì)Si、Fe、Ni、Cu、Cl每一種的許用重量百分含量為Si＜0.025、Fe＜0.003、Ni＜0.003、Cu＜0.003、Cl＜0.003。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。圖3是該合金的鑄態(tài)金相組織照片，圖4是該合金的擠壓后熱處理的金相組織照片?？梢钥闯鲈摵辖鸬臄D壓后熱處理的組織為均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒(平均尺寸為10μm)和第二相組成。參見圖7，可見本實(shí)施例制備的高強(qiáng)耐熱形變鎂合金相對于商業(yè)形變鎂合金ZK60的室溫抗拉強(qiáng)度提高了13％，高溫抗拉強(qiáng)度提高47％；室溫屈服強(qiáng)度的提高為18％，高溫屈服強(qiáng)度提高了66％。
實(shí)施例3采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為軋制制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd4.5，Y5.0，Zn1.0，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材，圖5是該合金的鑄態(tài)金相組織照片，圖6是該合金的擠壓后熱處理的金相組織照片。可以看出該合金的擠壓后熱處理的組織為均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒(平均尺寸為8μm)和第二相組成。參見圖7，可見本實(shí)施例制備的高強(qiáng)耐熱形變鎂合金相對于商業(yè)形變鎂合金ZK60的室溫抗拉強(qiáng)度與ZK60的室溫抗拉強(qiáng)度相同，高溫抗拉強(qiáng)度提高20％；室溫屈服強(qiáng)度降低了4％，高溫屈服強(qiáng)度平均提高25.7％。
實(shí)施例4采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為普通溫?cái)D壓制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y4.0，Zn1.0，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。該合金具有較高的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的塑性。參見圖7，本實(shí)施例的高強(qiáng)耐熱形變鎂合金相對于商業(yè)形變鎂合金ZK60，其室溫抗拉強(qiáng)度平均提高8％，高溫抗拉強(qiáng)度平均提高56.8％；室溫屈服強(qiáng)度平均提高7.9％，高溫屈服強(qiáng)度平均提高77％。
實(shí)施例5采用鑄造方法為連續(xù)鑄造，二次成型為普通溫?cái)D壓制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y2.5，Zn1.0，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。該合金具有較高的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的塑性。
實(shí)施例6采用鑄造方法為連續(xù)鑄造，二次成型為軋制制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。
實(shí)施例7采用鑄造方法為連續(xù)鑄造，二次成型為劇烈塑性變形制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.2，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。劇烈塑性變形就是等通道溫?cái)D壓。
實(shí)施例8采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為劇烈塑性變形制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr0.5，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。該合金具有較高的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的塑性。
實(shí)施例9采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為普通溫?cái)D壓制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr0.2，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。
實(shí)施例10采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為軋制制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr0.5，Mn 0.3，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。該合金具有較高的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的塑性。
實(shí)施例11采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為普通溫?cái)D壓制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr0.5，Mn 0.1，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。參見圖7，本實(shí)施例制備的高強(qiáng)耐熱形變鎂合金相對于商業(yè)形變鎂合金ZK60，其室溫抗拉強(qiáng)度提高22％，高溫抗拉強(qiáng)度提高63％；室溫屈服強(qiáng)度平均提高17％，高溫屈服強(qiáng)度平均提高85％。圖中ZK60的數(shù)據(jù)均為同樣條件下制備的試樣，并在同樣測試條件下獲得的數(shù)據(jù)。
實(shí)施例12采用鑄造方法為普通金屬型鑄造，二次成型為鍛造制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y3.0，Zn0.5，Zr0.2，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。
實(shí)施例13采用鑄造方法為連續(xù)鑄造，二次成型為鍛造制備本發(fā)明合金，其化學(xué)成分(wt％)如下Gd9.0，Y2.5，Zn1.0，Zr1.0，Mn 0.5，雜質(zhì)含量同實(shí)施例1，其余為Mg。經(jīng)熔配，擠壓、熱處理后制備鎂合金型材。該合金具有較高的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的塑性。
本發(fā)明采用普通變形鎂合金制備方法制備的合金的25℃抗拉強(qiáng)度360～462MPa、延伸率9％～13.7％，250℃抗拉強(qiáng)度270～439MPa、延伸率15％～18％，密度1.78～1.85g/cm3。本發(fā)明的合金可以作為輕質(zhì)高強(qiáng)耐熱的結(jié)構(gòu)材料，也可滿足航空、航天、兵器以及民用車輛等對于輕質(zhì)高強(qiáng)耐熱新材料的需求。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其特征在于包括釓、釔、鋅、鋯、錳和鎂，其重量百分比(wt％)為Gd4.5～12.5，Y2.5～5.0，Zn0.2～1.0，Zr0.2～1.0，Mn 0.1～0.5，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的高強(qiáng)耐熱鎂合金，其特征在于其中所述的不可避免的雜質(zhì)Si、Fe、Ni、Cu、Cl每一種的許用重量百分含量為Si＜0.025、Fe＜0.003、Ni＜0.003、Cu＜0.003、Cl＜0.003。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的高強(qiáng)耐熱鎂合金，其特征在于其二次成型采用溫?cái)D壓或鍛造或軋制或劇烈塑性變形，鑄造方法為金屬型鑄造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的高強(qiáng)耐熱鎂合金，其特征在于其鑄造方法為是連續(xù)鑄造。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可在25℃～300℃長期使用的新型高強(qiáng)耐熱變形鎂合金，其中各組分的重量百分比(wt％)為Gd 4.5～12.5、Y 2.5～5.0、Zn 0.2～1.0、Zr 0.2～1.0、Mn 0.1～0.5，該高強(qiáng)耐熱鎂合金中、Si＜0.025、Fe＜0.003、Ni＜0.003、Cu＜0.003、Cl＜0.003，其余為鎂。稀土元素釓和釔增強(qiáng)了鎂合金的室溫和高溫性能，鋅、鋯和錳的加入提高了鎂合金的塑性和熱加工性。采用普通變形鎂合金制備方法就可制備。該合金經(jīng)過普通熱擠壓和時(shí)效處理后的25℃抗拉強(qiáng)度360～462MPa、延伸率9％～13.7％，250℃抗拉強(qiáng)度270～439MPa、延伸率15％～18％，密度1.78～1.85g/cm
文檔編號(hào)C22F1/06GK101078079SQ20071001810
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者李建平, 楊忠, 郭永春, 夏峰 申請人:西安工業(yè)大學(xué)