[发明专利]一种含W相的抗蠕变性能镁合金及其制备方法

说明书

一种含W相的超高蠕变性能镁合金及其制备方法，属于耐热镁合金材料领域。本发明所提供的合金中各组分及其质量百分比为：Zn含量为5.5～6.0％，Er含量为5.0～6.0％，杂质元素Si含量≤0.02％，Fe含量≤0.005％，Cu含量≤0.015％，Ni含量≤0.002％，余量为Mg。所得合金成分Zn/Er(at.％)≤1。本发明通过将预热至140～160℃的镁锭加入到200～250℃的坩埚中，设定熔炼炉温度为780℃后开始加热，并通入保护气，待坩埚中的镁锭熔化后加入锌锭和Mg‑Er中间合金，经搅拌，撇去Mg‑Zn‑Er合金液表面浮渣后浇铸于金属模中。本发明的合金具有较高的高温强度和抗蠕变性能。

技术领域

本发明属于耐热镁合金材料领域，具体涉及一种含Er的W相增强耐热镁合金的成分设计及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前工程用最轻的金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、优良的铸造性能和机械加工性能，被誉为“21世纪的绿色结构材料”，在航空航天、汽车制造、国防军工等领域有着广泛应用。但是传统的铸造镁合金，例如Mg-Al系合金，其主要第二相Mg₁₇Al₁₂，熔点较低，在高温下易软化，使用温度不能超过120℃，致使其高温蠕变性能较差。

近年来Mg-Zn系合金也得到了广泛应用，如ZM61、ZM3等。向Mg-Zn合金中添加稀土元素能得到力学性能较好的合金，显著改善其高温力学性能。1982年，Padezhnova等人确定了Mg-Zn-Y三元合金相图并发现了成分为Mg₃Zn₃Y₂的三元合金，即W相[Hirota K，Takano Y，Yoshinaka M，et al.Materials Research Bulletin.2000，35:1137-1141]。W相属于面心立方结构，在Mg-Zn-Gd、Mg-Zn-Y等Mg-Zn-RE系合金中均有发现，一般在合金凝固过程中通过共晶反应形成，并且W相的存在与Zn和RE的含量密切相关。W相增强的Mg-7Zn-6Y-0.6Zr(wt.％)合金经过挤压后，粗大的W相分解成细小的颗粒并沿挤压方向分布，其力学性能可以达到280MPa(UTS)，断裂伸长率12％[Z.Q.Zhang，X.Liu，Z.K.Wang，Q.C.Le，W.Y.Hu，L.Bao，J.Z.Cui.Mater.Des.88(2015)，pp.915-923]。Mg-Li-Zn-Y合金在热变形时会动态析出W相，能够有效钉扎晶界，从而导致晶粒细化，改善合金的机械性能[Yucheng Zhou，Zhaoyun Chen；Jinghan Ji；Zhijie Sun.Materials ScienceEngineering A.707(2017)110-117]。Wu等人研究表明：与AZ31和AM30合金板相比，含W相的轧制态Mg-Gd-Zn片材有着更高的应变硬化指数，这代表该合金的延展性更好[D.Wu,R.S.Chen,E.H.Han.Journal ofAlloys and Compounds.509(2011)2856-2863]。研究表明，通过变形后，W相能有效增强合金的力学性能，但是对于其铸态高温性能，尤其是蠕变性能的研究较少。W相的熔化温度约为510℃，且具有较高的热稳定性，这对提高合金的抗蠕变性能有利。目前对W相的研究大多集中在Mg-Zn-Gd和Mg-Zn-Y合金，通过在Mg-Zn系合金里添加其他的稀土元素，制备W相增强耐热镁合金很有必要。本课题组研究发现，含W相的Mg-Zn-Er合金具有较好的高温力学性能：对W相含量不同的合金在125-175℃范围内进行力学性能测试，抗拉强度集中在140-210MPa，屈服强度为130-190MPa，延伸率达到73.6％。以此为基础，本发明研究了稀土元素Er对Mg-Zn系合金的影响，通过在Mg-Zn系合金中添加Er元素，制备一种含W相的抗蠕变性能镁合金，改善其耐高温性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种抗蠕变性能镁合金即含Er(质量百分比为5.5-6.5％)的W相增强耐热镁合金及其制备方法。