[发明专利]高强韧耐热压铸Mg-Gd-Y合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧耐热压铸Mg‑Gd‑Y合金及其制备方法；所述合金化学成分质量百分比含量为：3.0～7.0％RE、1.2～4.2％Zn、0.5～1.2％Al、0.1～0.3％Mn、0.01～0.08％M,余量为Mg和其他不可避免的杂质，其中RE为Gd和Y的组合元素，M为Ti，B中至少一种元素。本发明的高强韧耐热压铸Mg‑Gd‑Y合金经压力铸造后，压铸态合金的室温抗拉强度为282MPa以上，延伸率为10％以上，200℃高温抗拉强度为190MPa以上，延伸率为15.0％以上，而且无需时效、固溶热处理便可使用，满足航空航天、汽车、电讯等行业对轻量化发展的高端需求。

技术领域

本发明属于工业用镁合金及其制造领域，具体涉及一种高强韧耐热压铸Mg-Gd-Y合金及其压力铸造制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的工程金属材料(镁的密度为铝的2/3，钢的1/4)，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度虽然与铝合金和钢相当，但远高于工程塑料，同时具有良好的铸造性、切削加工性好、导热性好、阻尼性以及电磁屏蔽能力强和易于回收等一系列优点，在航空、航天、汽车、电子及国防军工等领域有着广泛的应用前景。镁合金成为替代铝合金、钢铁和工程塑料以实现轻量化的理想材料，其中替代潜力最大的是铝合金。

压力铸造是一种将液态或半固态金属在高压作用下高速填充入压铸模型腔内并在在压力下凝固形成铸件的铸造方法。压铸不仅使铸件具有较高的强度、尺寸精度和表面光洁度，而且易于实现机械化和自动化，生产效率很高，可以生产形状复杂的薄壁铸件，因此，在汽车、电子仪表、电讯等行业获得了广泛的应用。

镁合金压铸是所有铸造方法中是最有竞争力的，其在生产成本上甚至比铝合金压铸还低。其原因在于(1)镁合金的体积比热和热导率均较低，压铸不仅生产率高而且合金液对模具的热冲击小，模具使用寿命长；(2)镁不与铁反应，粘模倾向小，在相同的充型压力下的充型速度更大，故较小的拔模斜度使其可生产外形更为复杂、公差精度更高的铸件。近年来，由于环保压力和轻量化节能需求的增强，镁合金压铸在汽车和电讯工业上的应用获得了快速的增长，已占镁消费量的第二位，其中80％用于汽车工业。

AZ(如AZ91)和AM系镁合金(如AM60、AM50)是目前应用最广泛的商业化压铸镁合金，广泛应用于汽车和3C产品压铸件。AZ91D具有优良的铸造性能，能铸造出结构精密复杂的薄壁压铸件，但塑性较差，延伸率只有3％，而AM60的塑性则较好，延伸率达到8％，常用于制造仪表盘支撑件和座椅框架等减震耐冲击的汽车安全部件，但其强度较低，屈服强度只有130MPa。另外，AZ和AM系镁合金高温蠕变性能很差，温度高于150℃时的拉伸强度迅速降低，其原因在于在高温蠕变过程中过饱和的α-Mg基体在晶界处的Mg₁₇Al₁₂相非连续析出。通过加入合金元素以改善析出相的特性(晶体结构、形态及热稳定性)来提高Mg-Al合金的耐热性能，在此基础上开发了Mg-Al-RE压铸镁合金。目前美国陶氏化学公司开发的综合力学性能最佳的商用镁合金AE44，其典型性能为屈服强度140MPa，抗拉强度247MPa，延伸率11％。AE系镁合金镁合金虽然具有相对优异的延伸率，但是其常温和高温力学性能仍无法达到目前广泛应用的A380压铸铝合金的水平，并且压铸时因粘模倾向而难于生产，严重限制了其应用发展。

锌Zn是镁合金中重要的合金元素，在Mg中的最大固溶度高达6.2wt％，能起到固溶强化和时效强化作用。典型的Mg-Zn系铸造镁合金包括ZK51A和ZK60A，变形合金包括ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A和ZK61等。随Zn含量增加，合金的抗拉强度和屈服强度提高，但是其断后伸长率降低，铸造性能、工艺塑性和焊接性能恶化，特别是因凝固范围过宽(例如ZK60的凝固区间高达265℃，Journal of Materials Science 45(14)(2010)3797-3803.)导致热裂倾向极为严重，不能用于压铸。