[发明专利]高强度铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，特别涉及一种高强度的铸造稀土镁合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度、比刚度高的优点。近年来由于汽车和电子工业上逐步采用了镁合金构件，使镁合金的应用得到推广。然而与铝合金相比，镁合金的应用还有很大的差距，其主要原因为强度不足、耐热性差和抗腐蚀性不佳。添加稀土元素是提高镁合金强度、耐热性和抗腐蚀能力的有效方法，如WE54和WE43等稀土镁合金。近来的研究表明Mg-Gd-Y系镁合金可表现出很高的析出强化效果，相对于传统的铝合金和镁合金，包括在镁合金中具有最高高温强度的WE54在内，Mg-Gd-Y系镁合金具有更高的室温强度和高温强度。

由于镁的晶体结构类型是密排六方(HCP)结构，在室温下只有3个滑移系，因而导致镁的韧性很差。晶粒细化可以有效地提高合金的韧性、强度和铸造性能。已有研究发现对于不含Al的镁合金，锆(Zr)是优良的细化剂(对于含有Al的镁合金，Zr会与Al发生反应而失去细化效果)。目前工业上主要以Mg-Zr中间合金的方式加入Zr。

虽然Zr是镁合金的优良细化剂，但是采用加入Mg-Zr中间合金细化镁合金也存在一些缺点。首先，Mg-Zr中间合金的生产工艺复杂，能耗高，由此导致中间合金价格较贵；其次，Zr的密度(6.52g/cm³)远大于镁熔体的密度，未溶解的Zr颗粒很快就下沉到坩埚底部，同时尺寸大于5μm的Zr颗粒也不能作为异质形核核心，导致中间合金中Zr的吸收率较低，合金中实际得到的Zr量难以控制；再者，经Mg-Zr中间合金细化镁合金晶粒的热稳定性低，在高温固溶过程中容易长大。

最近的研究表明，Mg-10Y中间合金中加入1％Al后，晶粒明显细化，并且晶粒的热稳定性好，在550℃保温48小时后晶粒尺寸基本保持不变，远远高于采用Mg-Zr中间合金细化的晶粒的热稳定性。由于Al、Gd之间的二元相Al₂Gd及Al、Gd、Y之间的三元相Al₄GdY与Al₂Y晶体结构相同，且晶格常数相近(和a_Al4GdY＝0.7884nm错误！未找到引用源。)，因此有理由相信，通过在Mg-Gd-Y合金中添加廉价的Al原位生成Al-RE金属间化合物也可以作为基体的异质形核核心，细化合金，并且细化后的晶粒有优异的热稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高强度的Mg-Gd-Y-Al镁合金，其通过比采用Mg-Zr中间合金更为廉价、可靠且有效的细化方法，使细化后的晶粒具有更好的热稳定性，而且通过之后相应的热处理工艺，使得该合金拥有优良的力学性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高强度铸造镁合金，其特征在于：所述铸造镁合金的组分及其质量百分比为：8～14wt.％Gd，1～5wt.％Y，0.6～2wt.％Al，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

本发明提供的另一技术方案是：

一种用于权利要求1所述高强度铸造镁合金的制备方法，其包括熔炼和随后的热处理两个工艺工序；其中，

所述的熔炼工艺工序在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行，步骤如下：

(1)烘料：将纯镁、纯铝、中间合金Mg-Gd和Mg-Y预热3小时以上达到180～250℃；

(2)熔镁：采用坩埚电阻炉将烘干后的纯美熔化；

(3)加Gd和Y：往720～740℃的镁液中加入中间合金Mg-Gd，加入量根据该中间合金Mg-Gd中Gd所占质量百分比确定；待Mg-Gd熔化后，熔体温度回升至720～740℃时加入中间合金Mg-Y，加入量根据该中间合金Mg-Y中Y所占质量百分比确定；

(4)加Al：待中间合金Mg-Y完全熔化后，熔体温度回升至720～740℃时加入0.6～2wt.％纯Al；

(5)铸造：待纯Al完全熔化后，熔体温度回升至720～740℃时搅拌2分钟，然后在熔体温度升至750～760℃时不断电精炼6～10分钟，精炼后升温至780℃静置25～40分钟，静置后待熔体降温至710～740℃后撇去表面浮渣并进行浇铸成合金锭，浇铸用钢制模具预先加热至180～250℃；

所述的热处理工艺工序为：