[发明专利]一种高强耐热复合稀土镁合金

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高强耐热复合稀土镁合金。

背景技术

镁是最轻的金属结构材料，在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用日益广泛。如汽车每减重100Kg，每百公里节油0.5L，同时减少了尾气排放，因此进行镁合金的研究开发对于节约能源、抑制环境污染有着重要意义。但是，镁合金的强度和耐热性不佳严重阻碍其应用，因此提高镁合金的强度和耐热是发展镁合金材料的重要课题。

现有的耐热镁合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在镁基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高镁合金的热强性和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土（RE）是提高镁合金耐热性能最有效的合金元素，稀土元素在镁合金中除了具有除气、除杂、提高铸造流动性、耐蚀性能的作用外，大部分稀土元素在镁中还具有较大的固溶度极限；而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物相。稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界（主要是晶界）的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了镁合金的高温强度；同时稀土（RE）元素在镁基体中的扩散速率较慢，这使得Mg-RE合金适于在较高温度环境下长期工作。

Mg-RE（如Mg-Gd系）合金是重要的耐热合金系，具有较高的高温强度和优良的蠕变性能。当前于200～300℃下长期工作的镁合金零部件均为Mg-RE系合金，由于其特殊的价电子结构及在镁合金中的显著的强化效果，使Mg-RE系成为发展高强度耐热镁合金的一个重要合金系。但是，目前的商业耐热镁合金如WE54，其存在的主要不足是，高温时强度下降仍较多，还不能完全满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中高温下使用时对强度的更高的要求。

现有技术中，专利CN1962914A公开了一种含稀土铸造镁合金及其制备方法，该铸造镁合金的组分及其重量百分比为：6-15%Gd、2-6%Sm、0.35-0.8%Zr，具有比传统WE系列商业镁合金优越的室温强度、瞬时高温强度等力学性能，但是其在250℃的抗拉强度为295MPa，强度下降仍较多，不能满足高温强度的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强耐热复合稀土镁合金，高温时强度下降较少，具有较高的高温抗拉伸强度。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高强耐热复合稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：6%～12%Gd、1%～5%Y、1%～2%Nd、1%～2%Sn、1%～2%Sm、0.5%～1%Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.02%，余量为Mg。

所述Gd、Y、Nd、Sn、Sm、Zr的质量百分比之和为12%～18%。

所述稀土镁合金是由Mg、Sn和中间合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm、Mg-Zr为原料熔炼铸造并经过热处理制成的。

一种上述高强耐热稀土镁合金的制备方法，包括下列步骤：

1）将镁、锡和中间合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm和Mg-Zr预热到150～220℃；

2）将镁在CO₂+SF₆混合气体保护下熔化，于720～740℃加入锡和中间合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Sm，将温度升至750～780℃加入中间合金Mg-Zr；

3）当Mg-Zr熔化后，去除表面浮渣，将温度升至770～780℃后保持10min；

4）将温度降至690～730℃后进行浇铸，浇铸时将浇铸模具预热至180～250℃，浇铸后得到铸态合金；

5）将步骤4）所得铸态合金进行热处理，即得。

所述的热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理。所述固溶处理的处理温度为490～540℃，处理时间为5～20小时。所述时效处理的处理温度为180～250℃，处理时间为8～20小时。