[发明专利]一种锻造用稀土镁合金铸坯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及冶金领域，具体涉及一种锻造用稀土镁合金铸坯材料及其制备方法。

背景技术

镁合金是比模量最高和比强度仅次之钛合金处于第二位的金属结构材料，并具有优良电磁屏蔽性能、阻尼减震性能、高效绿色回收等特性，尤其是实现构件/零件的轻量化，具有不可替代的优势。随着高新武器装备、交通工具、电子产品等向轻量化、高性能的发展，镁合金的应用将越来越广泛。

目前，商业化镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。在铸造镁合金中，AZ91系列属于强度较高、塑性较差的铸造镁合金(室温抗拉强度Rm＝230MPa、断后伸长率A＝3％)，主要应用于综合性能要求不高的压铸镁合金零件；在变形镁合金中，ZK61系列属于强度、塑性匹配较佳的变形镁合金(室温抗拉强度Rm＝310MPa、断后伸长率A＝10％)，但该系列镁合金必须通过从铸坯到变形坯料的预变形处理工序，才能采用等温精密挤压、冲压等成形方法制备出高性能的镁合金零件，但ZK61系列镁合金预变形处理工序的成材率仅40％，导致该系列变形镁合金材料昂贵(ZK61M达25万元/吨)，并且浪费资源。

在可持续发展和节能减排的大环境下，必须降低镁合金的制造成本，同时提高强度、韧性和可成形性，进一步扩大镁合金的应用范围。尽管国内外研究者基于ZK61系列镁合金进行了多元微合金化、晶粒细化、强韧化改性等研究工作，但是其收效甚微，并且成本偏高。因此，开发一种锻造用稀土镁合金铸坯材料是目前急需解决的关键问题。

发明内容

由于目前ZK61M系列镁合金的上述问题，本发明公开了一种新的稀土镁合金铸坯材料以及该铸坯材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种锻造用稀土镁合金铸坯材料，其组分及其重量百分比为：5.0～6.0wt％Zn，1.0～2.0wt％Nd，0.3～0.8wt％La，0.2～0.5wt％Pr，0.3～0.9wt％Zr，余量为Mg。

上述技术方案所述的锻造用稀土镁合金铸坯材料，其中，所述组分及其重量百分比为5.5wt％Zn，1.5wt％Nd，0.6wt％La，0.3wt％Pr，0.5wt％Zr，余量为Mg。

上述技术方案中所述的锻造用稀土镁合金铸坯材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)、以纯镁锭，纯锌锭，Mg-30Zr中间合金以及含Nd、La和Pr的混合稀土合金为原料，按照上述技术方案中所述的锻造用稀土镁合金铸坯材料成分的重量百分比进行备料；

(2)、将纯镁、纯锌、中间合金Mg-30Zr和混合稀土合金分别预热到180～200℃，然后将纯镁锭放入有SF₆/CO₂气体保护的熔炉中熔化；

(3)、待镁锭熔化后，在670～700℃加入纯锌，当镁液温度达到720～750℃后，将混合稀土合金直接加入到镁液中，待混合稀土合金熔化后，将镁液温度升高到750～780℃时加入Mg-30Zr中间合金，待Mg-30Zr中间合金熔化后撇去表面浮渣，搅拌5～10min；

(4)、搅拌后将镁合金液温度降至740～760℃，通入氩气精炼10～20min，精炼后将温度升高到760～780℃，静置20～40min；

(5)、静置后镁合金液冷却至720～730℃后撇去表面浮渣进行浇铸，浇铸用钢制模具(φ90×400mm)预先加热至200～250℃，浇铸得到锻造用稀土镁合金铸坯材料。

在本发明的制备方法中分别按照锻造用稀土镁合金铸坯材料下述组分及其重量百分比进行备料：

(1)、为：5.0wt％Zn，1.0wt％Nd，0.3wt％La，0.2wt％Pr，0.3wt％Zr，余量为Mg；或

(2)、5.5wt％Zn，1.5wt％Nd，0.6wt％La，0.3wt％Pr，0.5wt％Zr，余量为Mg；或

(3)、6.0wt％Zn，2.0wt％Nd，0.8wt％La，0.5wt％Pr，0.9wt％Zr，余量为Mg；或

选取上述范围内各组分的任意比例进行备料。

本发明制备所得的稀土镁合金铸坯材料中的材料经化学成分分析法或等离子直读光谱仪(ICP)等本领域常规的检测方法进行检测。