[发明专利]一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法。

背景技术

20世纪90年代以来，全球掀起了镁合金开发应用的热潮，正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”，世界镁产业以每年15％～25％的幅度增长，这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁合金广泛应用于航空、航天、交通工具、3C产品、纺织和印刷行业等。但是普通镁合金的强度不高，特别是高温性能很差，从而限制了其应用范围。因此，具备优良的室温及高温性能的超高强镁合金的开发就显得尤为重要。

稀土元素由于具有独特的核外电子排布，在冶金、材料领域中有独特的作用，具有净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能；加入Zn元素不仅可以提高合金的耐蚀性能，而且会在稀土镁合金中形成长周期堆垛结构(LPSO)，可以进一步提高镁合金的强度。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土及Zn元素的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能。但是，随合金中Zn元素含量增加，高强稀土镁合金铸锭易开裂，限制了超高强镁合金的铸锭尺寸，采用现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸一般直径小于300mm，长度小于2m，这就限制了超高强镁合金在大型结构件上面的应用，制约了我国稀土镁合金产业的发展。

发明内容

本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题，而提供一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法。

一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg制备而成。

一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、备料：按质量分数5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Zn材料和Mg-Zr中间合金；二、熔炼：①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料放入熔炼炉中，在700℃～850℃、SF₆气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化，②、待①中加入的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750℃～850℃、SF₆气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～850℃、SF₆气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730℃～820℃，并向熔体中通入经750℃～820℃预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01～0.02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃得到待浇铸熔体；三、浇铸成型：以浇铸速度为25～50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。

本发明的优点：一、本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm；二、对本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭进行成分测试、组织观察体可知表面质量优良，通过电感耦合等离子体(ICP)成分分析法检测本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知杂质含量低，通过光学显微镜观察本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知无缩孔，通过ICP成分分析仪检测可知本发明备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭成分均匀。

附图说明

图1是试验一制备Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的成分分析图，图中的表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Gd分析图，图中的表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Y分析图，图中的表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Zn分析图，图中的表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Zr分析图；图2是试验一制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的光学显微组织图。