[发明专利]高强度、高韧性稀土镁合金

说明书

技术领域

本发明属于稀土镁合金技术领域，具体涉及主要适用于汽车零部件。

背景技术

镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料，具有高的比强度和比刚度，很好的抗磁性，高的电负性和导热性，良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高，特别是高温性能较差，大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种高强度、高韧性稀土镁合金，其目的是解决以往镁合金的强度低、高韧性差和疲劳性能差等问题

技术方案：

一种高强度、高韧性稀土镁合金，其特征在于：所述合金由以下质量百分含量的成分构成：

Zn：7.0～12.0％，Zr：0.5～1.9％，Y：0.3～1.0％，Nd：0.1～0.5％，Ce：0.05～0.1％，其余为Mg。

2、根据权利要求1所述的高强度、高韧性稀土镁合金，其特征在于：

Zn：7.0～11.0％，Zr：0.5～1.8％，Y：0.3～0.9％，Nd：0.1～0.3％，Ce：0.05～0.08％，其余为Mg。

所述稀土镁合金中，杂质的成分和质量百分含量满足下述要求：O≤0.002，N≤0.001，S≤0.004。

制备上述的高强度、高韧性稀土镁合金的方法，其特征在于：具体方法如下：按比例取各组分，采用电阻炉熔炼，将装有原料的坩埚放入预先升温至680℃的电阻炉中，通入保护气即N2+0.1％SF6，当温度重新升至680℃后，保温20分钟，待Mg和Zn全部熔化后再加入含Zr、Y、Nd和Ce的中间合金，避免氧化；浇注成化学成分符合要求的母合金后，再通过挤压机将其挤压成棒材，挤压温度为300～320℃，挤压比约为47.5，使用前须经过T5处理，即在180℃下进行人工时效，保温24h后空冷。

优点效果：本发明提供了一种高强度、高韧性稀土镁合金，该合金在获得高强度、高韧性的同时，具有疲劳性能优良的特点。

大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在±15％范围内，在镁中有较大固溶度，具有良好的固溶强化、沉淀强化作用；可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等；稀土元素原子扩散能力差，对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用；稀土元素还有很好的时效强化作用，可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能，将有效地拓展镁合金的应用领域

本发明合金的化学成分设计主要基于如下理由：

Mg中添加Zn元素后，可以起到固溶强化和沉淀强化作用。Zn可以提高铸件的蠕变抗力与疲劳极限。由于亚稳过渡相的存在，Mg-Zn系合金在时效过程中往往呈现出良好的沉淀强化效果。由于Mg-Zn系合金晶粒通常较为粗大的同时还比较容易形成微孔与空洞等铸造缺陷，故该系合金中往往加入Zr以细化合金的显微组织。Zr的添加已经成为细化镁合金组织的常用手段。

在镁合金加入少量的Y元素可以显著提高合金的强度，且其强化效果甚至高于Al、Mn元素。添加适量的Y元素，可以起到窄化晶界，细化晶粒的作用。当Y含量为0.3～1.0％时，Mg-Zn-Zr合金的抗拉强度显著提高，伸长率则达到峰值。

元素Nd在Mg中的固溶度较大，约为4％，所以添加Nd的稀土镁合金的时效强化效果较好。Nd能提高镁合金的室温强度和高温强度，所以稀土元素Nd成为作用效果最佳的主合金化稀土元素之一。

适量的Ce元素的添加可以提高合金的强度、硬度与伸长率。Ce可以显著减小合金的晶粒尺寸，而且能有效的提高合金的抗拉强度和屈服强度。

总之，添加混合稀土能够导致挤压织构和细小微观组织的形成，从而也能够提高合金的强度、硬度与伸长率。

本发明所述稀土镁合金利用纯Mg、Zn、Zr、Y、Nd、Ce元素在电阻炉中熔炼，并浇注成化学成分符合要求的母合金，然后再通过挤压机将其挤压成棒材。使用前需经过热处理。

综上所述，本发明的具体优点及有益效果如下：

(1)与现有的其它镁合金相比，本发明合金具有高强度、高韧性特点。

(2)本发明合金的疲劳性能比未添加稀土元素的合金优异。

附图说明

图1为本发明合金经热挤压后的显微组织；

图2为本发明合金及未添加稀土Mg-Zn-Zr合金经热挤压后的S-N曲线。

具体实施方式