[发明专利]一种低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁合金及其制备方法，所述合金各组分的质量百分比为：2.5～3.5wt.％Nd,2.0～4.5wt.％Gd,0.5～2.0wt.％Yb,0.1～0.7wt.％Zn,0.1～1.0wt.％Zr,余量为Mg及不可避免的杂质元素。本发明还提供了该合金的制备方法，该方法包括：熔炼、热处理两个工艺。本发明所提供的高强韧镁合金在保证室温高温性能与商用镁合金WE43相当的情况下，大大减少其在铸造过程中形成氧化夹杂缺陷的倾向，更适用于生产大型薄壁，复杂结构，且具有轻质高强要求的结构件，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料类及冶金领域，涉及一种高强韧铸造镁合金及其制备方法，尤其是涉及一种低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金高强度和低密度的特性使得其在以“轻量化”为主要目标的应用领域具有核心竞争力。比如在航空航天，地面交通运输，军事装备等领域中应用镁合金可以减少燃油消耗，提高承载能力，从而提高经济效益。目前镁合金的种类繁多，具有代表性的有Mg-Al系，Mg-Zn系，以及Mg-RE系合金。其中，Mg-RE系合金由于其优异的高温以及室温性能而广受关注。

WE43合金(Mg-4Y-3Nd)具有出众的时效硬化能力以及优异的综合力学性能，在航空航天领域应用十分广泛，是目前应用最为成功的商用镁稀土合金之一。但是，近来在具体生产中发现，在使用WE43合金生产薄壁复杂铸件时，极易出现Y₂O₃氧化夹杂缺陷从而导致铸件报废。而这主要是由于Y元素极易氧化。相关热力学分析表明，Y的氧化物(Y₂O₃)的标准自由能低，极易形成。因此降低Y含量，开发不含Y的高强韧镁稀土合金具有重要的生产意义。

不含Y元素的高强韧铸造镁稀土合金专利公开不多，专利(公开号：CN106591659A)提供一种高强高韧铸造稀土镁合金及其制备方法。镁合金的组成及各组分的质量百分比如下：Yb 0.1～3.3％，Zn 0.2～1.0％，Zr 0.3～0.8％。所制备的高强高韧铸造稀土镁合金室温极限抗拉强度可达185～205MPa。专利(公开号：CN1752251A)公开了一种含稀土高强度铸造Mg-Nd-Zn-Zr-Ca镁合金，由以下重量百分比的组分组成：2.5～3.6％Nd、0.35～0.8％Zr、≤0.4％Zn，≤0.5％Ca，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02％；余量为镁。发明通过添加合金元素(Nd，Zr，Zn，Ca)及改变熔炼、热处理的工艺条件获得高强度镁合金。以上不含Y铸造镁稀土合金由于稀土元素种类单一且含量过低，其力学性能远低于WE43合金。专利(公开号：CN1962914)公开了一种含稀土铸造镁合金及其制备方法，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，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02％，余量为Mg。通过添加合金元素Gd、Sm代替WE系列合金中的Y、Nd，并通过熔炼及热处理工艺条件，获得高强度耐热镁合金，然而，尽管此类镁合金具有比传统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，但其塑性大大降低。

本发明对标WE43合金的力学性能，使用Gd元素匹配Nd元素以保证合金时效硬化能力，再加入Yb元素优化合金的塑性，最后辅以微合金化元素Zn。最终得到一种可替代WE43，不含Y元素的低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁稀土合金，大大减少了大型复杂薄壁铸件生产过程中的氧化夹杂缺陷，对拓展镁稀土合金在航空航天领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对WE系镁合金的不足，提供了一种低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁合金及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种低氧化夹杂倾向的高强韧铸造镁合金，包括质量百分比含量为如下的各组分：2.5～3.5wt.％Nd,2.0～4.5wt.％Gd,0.5～2.0wt.％Yb,0.1～0.7wt.％Zn，0.1～1.0wt.％Zr,余量为Mg及不可避免的杂质元素。