[发明专利]一种高强度铸造镁合金及其熔制方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料和冶金技术领域，特别提供了一种高强度铸造镁 合金及其熔制方法。

背景技术

镁合金是目前最轻、比强度最高的结构金属材料，在航空航天和汽车 制造领域应用越来越广。目前工业化应用的镁合金零件中的绝大部分是用 铸造方法成形的。随铸造镁合金应用领域的扩展，对铸造镁合金的常温和 高温力学性能提出了更高的要求。现有的铸造镁合金不足之处是绝对强度 比较低，例如目前应用很广的铸造镁合金AZ91抗拉强度最高达到280Mpa， 强度最高的美国标准牌号铸造镁合金ZK61抗拉强度最高也只能达到 310Mpa。高温条件下使用的工件对镁合金有很大需求，目前获得广泛工程 应用的高温强度最好的WE系列稀土耐热镁合金，其工作温度可以达 250℃。

然而随航空航天和汽车制造业进一步发展，对铸造镁合金的常温和高 温力学性能提出了更高的要求，例如发动机气缸盖、缸体、活塞裙和油盘， 导弹壳体等。需要发展常温抗拉强度达到320Mpa以上，能够在300℃以上 温度下具有比WE系列合金更高强度的新型高强度铸造镁合金。

稀土元素在镁中有很好的固溶强化和析出强化作用，并且能够显著提 高镁合金的热强性，因此发展高强度耐高温镁合金主要通过添加稀土元素 来实现。现有国外的WE43和WE54以及我国的ZM6等就是Y、Nd等稀 土元素强化的耐热镁合金。研究发现许多稀土元素在提高镁合金的强度， 特别是耐热性方面作用明显。已有研究表明Gd和Y联合加入镁中，具有 良好的强化作用,能明显提高镁合金的强度和热强性。Rkhlin开发了Mg 9.3%Gd 4.8%Y0.6%M合金,该合金经热挤压后在T5态下常温抗拉强度可达 到400Mpa以上，但铸造状态下常温伸长率几乎为零。【文献1：Rkhlin L L， NiKítina N I.Magnesium-gadolinium and magnesium-yttrium alloys[J].Z Metallkd,1994,85(12):819823.】

Kamado等开发的Mg–10Gd–3Y–0.4Zr合金经轧制后在常温抗拉强度可 达到460Mpa，但伸长率不足0.5%，300℃高温抗拉强度达到230Mpa，伸 长率为9%。【文献2：S.Kamado,Y.Kojima,R.Ninomiya,K.Kubota,in:G.W. Lorimer(Ed.),Proceedings of the Third International Magnesium  ConfeREnce,1996,Institute of Materials,Manchester,UK,1997,p.327】

张新明等【文献3：中国有色金属学报2006年第16卷第2期219-227 页】制备了合金Mg-9Gd-4Y-0.65Mn和Mg-9Gd-4Y-0.6Zr,并挤压成棒材,获 得的最好力学性能是Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金挤压T5态在室温下的抗拉强度 370MPa,伸长率3.5%，300℃时抗拉强度210MPa,没有关于合金铸造态力 学性能方面的研究。

童炎等【文献4：轻金属2007年第3期45-49页】为了开发高强度高 温耐热镁合金,制备了Mg-13Gd-3Y-0.4Zr(GW133K)合金,此合金在优化后抗 拉强度为300MP，稍高于现有合金WE54，与ZK61A和AZ91的常温强度处 于同一水平。

中国专利“高强度抗蠕变镁合金及其制备方法”【文献5：申请号 200610141358.1】提出的镁合金的组分及其重量百分比为：6％≤Y≤12％、1 ％≤Gd≤6％、0.5％≤Zn≤3％、0≤Zr≤0.9％，其余为Mg和不可避免的杂质。 该专利合金铸造态经固溶和时效处理后常温最好力学性能数据是抗拉强度 291.95MPa,伸长率2.46%，常温力学性能不够理想。

中国专利“一种镁合金及其制备方法”【文献6：申请号200610144003.8】 提出的镁合金的成份含量为：Gd 7～11wt％，Y 2～5wt％，Zr 0.3～0.6wt ％，Zn 0～1.0％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，该合金的制备方法 包括：合金熔炼、精炼、铸造铸锭、固溶、挤压变形以及两种人工时效方 法，制成高强韧性耐热镁合金挤压棒材，得到的室温拉伸力学性能为：抗 拉强度σ_b＝360～480MPa，，δ₅＝3～21％；该专利提出的是一种变形合金。