[发明专利]含硅耐热稀土镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属结构材料领域的镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种含硅耐热稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前应用的最轻的金属结构材料，具有高比强度、比刚度，良好的导热、导电和电磁屏蔽性能，在汽车、电子、家电、通信、仪表以及航天航空等领域有着广阔的应用前景。尤其是能够满足汽车产业在轻量化、低能耗、高环保方面的要求，因此受到了广泛的关注。然而，普通镁合金在高温下强度低和塑性差的缺陷制约了其在发动机和动力系统零件上的应用。所以提高镁合金的力学性能，包括高温强度、塑性，抗蠕变性及耐磨性等是扩大其工业应用的基础。因此，需要开发出高性能的耐热镁合金。近年来，研究发现稀土元素的加入可以很大程度地提高合金的高温性能和抗蠕变性，因此开发出一系列能够在200～250℃条件长时使用的耐热镁合金，如Mg-Y-RE系列合金WE54和WE43合金，这些合金已经获得了商业化应用。铸态WE54合金经T6处理后，室温抗拉强度为280MPa，屈服强度为172MPa，延伸率为2%；200℃时抗拉强度为240MPa，屈服强度150MPa，延伸率为7%；200℃/80MPa蠕变100h变形量为0.1%。

针对现有技术的文献检索发现，Gd和Y元素在镁合金中具有良好的固溶强化和时效强化作用，能够显著提高镁合金的性能，从而得到Mg-Gd-Y系合金。在专利文献，中国专利，其公开号为CN1804083A中记载了一种高强耐热稀土镁合金，其组分及重量百分比为：Gd2～10%，Y3～12%，Gd和Y的重量之和为13～14%，Zr0.3～0.7%和不大于0.3%的活化元素（Zn、Ag、Cu、Sr、Sr、Ca、Ti、Bi、Cd中任一种），或0.6～1.5%的Mn和不大于0.3%的活化元素（Sn，Si，Sb，Ca任一种），其余为镁。这种稀土镁合金通过析出物构成网状相结构，具有高的强度和抗蠕变力，在300℃条件下极限抗拉强度为180MPa。然而该专利中稀土成分较高且并不是最优化的，一方面带来成本的增加，另一方面高稀土含量导致塑性和其他性能稍差制约了其在动力系统零件中全面需求的应用；并且，Si元素仅和Mn一起加入且很微量，不是作为专门的强化元素。结合目前专利中关于活塞应用型含Si的Mg-Al-Si及Mg-Al-Si-RE(如中国专利，其公开号为CN1796024A)和Mg-Zn-Si-RE类合金（如中国专利：申请号为200410102511，公开号为CN1886528A和公开号为CN101027420A）具有较好的耐热性能及耐磨性能，本发明旨在综合含Si和稀土元素的镁合金所具有的综合优异性能，优化合理的RE含量及后续热处理工艺，得到一种高强高韧耐热耐磨的高性能镁合金。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种含硅耐热稀土镁合金及其制备方法。通过向Mg中加入Gd，Y，Zr及少量的Si元素，并优化固溶和时效工艺参数，实现在合理的稀土元素总量下，获得优异的室温和高温强度及塑性，并且在保持合金的耐热性能的同时提高合金的耐磨性，获得综合性能优异的耐热镁合金。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种含硅耐热稀土镁合金，所述合金包含如下重量百分比的各组分：

Gd       5～10%，

Y        2～8%，

Si       0.3～2%，

Zr       0.35～0.8%，

Gd+Y     11～13%，

杂质小于0.02%，

余量为镁。

优选地，所述杂质的各成分的重量百分比为：Fe＜0.005%，Cu＜0.005%，Ni＜0.002%，Ca＜0.01%。

第二方面，本发明还涉及前述的含硅耐热稀土镁合金的制备方法，所述方法包括：原料预热、熔炼和后续热处理：

步骤1，原料预热：将原料镁锭、Mg-Si、Mg-Gd、Mg-Y和Mg-Zr中间合金进行预热；

步骤2，熔炼：所述熔炼在熔剂或SF₆和CO₂混合气体保护下进行，包括如下步骤：

步骤2.1，将镁锭加热熔炼；

步骤2.2，待镁锭完全熔化后，加入Mg-Si中间合金并搅拌，再依次加入Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Zr中间合金，保温，加精炼剂精炼，静置，扒渣，浇包浇铸或低压铸造，得含硅耐热稀土镁合金；

步骤3，后续热处理包括如下步骤：