一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟：1)將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化，得到合金液；2)將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690℃～720℃；3)將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230℃～320℃。本發(fā)明使用Y源、Gd源和La源制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金；而且本發(fā)明通過(guò)控制制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中的工藝參數(shù)，使本發(fā)明提供的方法能夠制備得到力學(xué)性能較好而且直徑尺寸較大的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是一種輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性能好，電磁屏蔽效果好，鑄造性能優(yōu)良，加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，鎂合金在航空航天、汽車(chē)工業(yè)和3C行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]鎂合金按照成分的不同可分為Mg-Al系列合金、Mg-Mn系列合金以及Mg-Zn-Zr系列合金，其中Mg-Zn-Zr系列合金是一種高強(qiáng)高韌鎂合金，其性能優(yōu)于其他兩個(gè)系列的合金。通過(guò)向Mg-Zn- Zr系列合金中添加稀土元素Y或者富Y稀土化合物，可以進(jìn)一步提高M(jìn)g-Zn-Zr系列合金的綜合性能，如MB25合金和MB26合金，特別是MB26合金，不僅具有較高的抗拉強(qiáng)度(≥360MPa)、屈服強(qiáng)度(≥31OMPa)和延伸率( ≥13% )，而且成本較低。MB26合金隨著Zn含量的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨之提高，延伸率略有下降，但是隨著Zn含量的增加會(huì)降低合金固凝固過(guò)程中固相線的溫度，尤其是Zn含量大于4.5wt%時(shí)，MB26合金的鑄造工藝性能較差，容易產(chǎn)生疏松和熱裂；而且稀土元素Y或者富Y化合物的加入，使合金凝固體的收縮量增加，鑄造熱應(yīng)力急劇增大，導(dǎo)致MB26合金在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生各種鑄造缺陷，特別是容易產(chǎn)生心部或邊部的鑄造裂紋；同時(shí)MB26合金凝固過(guò)程中合金內(nèi)部發(fā)生的相變?cè)谠黾雍辖鹂估瓘?qiáng)度和屈服強(qiáng)度的同時(shí)，也增加了晶界處微裂紋的形成，上述原因使現(xiàn)有技術(shù)提供的Mg-Zn-Zr系鎂合金力學(xué)性能較差而且尺寸較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金力學(xué)性能較好而且直徑尺寸較大。
[0005]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)、將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液；
[0007]2)、將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述澆鑄時(shí)的澆注速度為27mm/min~40mm/min，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述燒鑄時(shí)的液穴深度為160mm~320mm ；
[0008]3)、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)；
[0009]所述Mg-Zn-RE-Zr 系續(xù)合金包括:0.5wt % ~1.2wt % 的 Y, 0.4wt % ~0.7wt % 的Gd, 0.2wt % ~0.6wt % 的 La, 4.5wt % ~6.4wt % 的 Zn, 0.4wt % ~0.7wt % 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量< 0.05wt%,余量為Mg。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟2)中的澆注溫度為700°C~710°C。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟2)中的燒注速度為30mm/min~36mm/min。[0012]優(yōu)選的，所述步驟2)中的冷卻速度為3K/s~lOK/s。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟2)中的液穴深度為200_~280_。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟3)中退火處理的溫度為260°C~300°C。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟I)具體為:
[0016]在第一溫度下，將Mg源和Zn源熔化，得到第一混合金屬液，所述第一溫度為670 O ~730 O ；
[0017]在第二溫度下，將所述第一混合金屬液和Y源、Gd源、La源混合，得到第二混合金屬液，所述第二溫度為740V~780V ；
[0018]在第三溫度下，將所述第二混合金屬液和Zr源混合，得到合金液，所述第三溫度為 760 V ~820 °C。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟I)得到合金液后還包括將所述合金液進(jìn)行靜置，所述靜置的溫度為 720V ~780°C。
[0020]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，包括0.5wt %~1.2wt %的Y，0.4wt % ~0.7wt % 的 Gd, 0.2wt % ~0.6wt % 的 La, 4.5wt % ~6.4wt % 的 Zn, 0.4wt % ~0.7界1:%的Zr,雜質(zhì)元素總量< 0.05wt%,余量為Mg。
[0021]優(yōu)選的，包括:0.54wt % ~0.73wt % 的 Y, 0.46wt % ~0.62wt % 的 Gd, 0.23wt % ~0.42wt % 的 La, 4.8wt % ~5.2wt % 的 Zn, 0.43wt % ~0.54wt % 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量< 0.05wt%，余量為 Mg。
[0022]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟:1)、將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液；2)、將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述澆鑄時(shí)的澆注速度為27mm/min~40mm/min，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述澆鑄時(shí)的液穴深度為160mm~320mm ；3)、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)Jy^iiMg-Zn-RE-Zr系續(xù)合金包括:0.5wt% ~1.2wt% 的 Y, 0.4wt% ~0.7wt% 的 Gd, 0.2wt% ~0.6wt% 的 La，
4.5wt%~6.4wt%的 Zn,0.4wt%~0.7wt% 的 Zr,雜質(zhì)元素總量< 0.05wt%,余量為 Mg。本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中，使用Y源、Gd源和La源，稀土元素Y、Gd和La在Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金中的凝固系數(shù)不同，減少了本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中鑄錠的開(kāi)裂傾向；而且本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中通過(guò)控制澆注溫度、澆注速度、冷卻速度、液穴深度以及退火處理的工藝參數(shù)，避免了制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、縮松、冷隔和偏析的缺陷，使本發(fā)明提供的方法能夠制備得到力學(xué)性能較好而且直徑尺寸較大的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0023]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的方法制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的擠壓比為16、抗拉強(qiáng)度為361MPa~379MPa，屈服強(qiáng)度為315MPa~328MPa，延伸率為13.4%~16.3%，本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑> 400mm，長(zhǎng)度> 4000mm。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
[0025]I)、將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液；[0026]2)、將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述澆鑄時(shí)的澆注速度為27mm/min~40mm/min，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述燒鑄時(shí)的液穴深度為160mm~320mm ；
[0027]3)、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)；
[0028]所述Mg-Zn-RE-Zr 系續(xù)合金包括:0.5wt % ~1.2wt % 的 Y, 0.4wt % ~0.7wt % 的Gd, 0.2wt % ~0.6wt % 的 La, 4.5wt % ~6.4wt % 的 Zn, 0.4wt % ~0.7wt % 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量< 0.05wt%,余量為Mg。
[0029]本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中，使用Y源、Gd源和La源,稀土元素Y、Gd和La在Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金中的凝固系數(shù)不同，減少了本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中鑄錠的開(kāi)裂傾向；而且本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中通過(guò)控制澆注溫度、澆注速度、冷卻速度、液穴深度以及退火處理的工藝參數(shù)，避免了制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、縮松、冷隔和偏析的缺陷，使本發(fā)明提供的方法能夠制備得到力學(xué)性能較好而且直徑尺寸較大的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0030]本發(fā) 明將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液。本發(fā)明對(duì)所述熔化、混合的溫度和時(shí)間沒(méi)有特殊的限制，所述熔化、混合的溫度和時(shí)間能夠使上述Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化并混合均勻即可。本發(fā)明對(duì)所述熔化、混合的設(shè)備沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的熔煉爐即可。本發(fā)明優(yōu)選在含有RJ-5熔劑的熔煉爐中進(jìn)行上述熔化、混合，更優(yōu)選在含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中進(jìn)行上述熔化、混合。
[0031]本發(fā)明優(yōu)選在第一溫度下，將Mg源和Zn源熔化，得到第一混合金屬液，所述第一溫度為670°C~730°C ;在第二溫度下，將所述第一混合金屬液和Y源、Gd源、La源混合，得到第二混合金屬液，所述第二溫度為740°C~780°C;在第三溫度下，將所述第二混合金屬液和Zr源混合，得到合金液，所述第三溫度為760V~820°C。
[0032]本發(fā)明優(yōu)選在第一溫度下，將Mg源和Zn源熔化，得到第一混合金屬液，所述第一溫度為670°C~730°C ;更優(yōu)選將Mg源熔化，向得到的Mg液中加入Zn源，得到第一混合金屬液。在本發(fā)明中，所述第一溫度更優(yōu)選為680°C~720°C，最優(yōu)選為690°C~700°C。
[0033]得到第一混合金屬液后，本發(fā)明優(yōu)選在第二溫度下，將所述第一混合金屬液和Y源、Gd源、La源混合，得到第二混合金屬液，所述第二溫度為740V~780°C;更優(yōu)選將Y源、Gd源和La源加入到所述第一混合金屬液中，得到第二混合金屬液。在本發(fā)明中，所述第二溫度更優(yōu)選為750°C~770°C。
[0034]得到第二混合金屬液后，本發(fā)明優(yōu)選在第三溫度下，將所述第二混合金屬液和Zr源混合，得到合金液，所述第三溫度為760V~820°C;更優(yōu)選在第三溫度下，將Zr源加入到所述第二混合金屬液中，得到合金液。在本發(fā)明中，所述第三溫度更優(yōu)選為780V~810°C，最優(yōu)選為790°C~800°C。
[0035]在本發(fā)明中，所述Mg源優(yōu)選為高純鎂。在本發(fā)明中，所述Zn源優(yōu)選為高純鋅。本發(fā)明對(duì)所述Mg源和Zn源的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。本發(fā)明對(duì)所述Y源、Gd源、La源和Zr源的種類(lèi)和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的Y源、Gd源、La源和Zr源即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。在本發(fā)明中，所述Y源優(yōu)選為Mg-Y中間合金。在本發(fā)明中，所述Mg-Y中間合金中Y的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為20 %~30 %，更優(yōu)選為24 %~28 %，最優(yōu)選為25%。
[0036]在本發(fā)明中，所述Gd源優(yōu)選為Mg-Gd中間合金。在本發(fā)明中，所述Mg-Gd中間合金中Gd的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為20%~30%，更優(yōu)選為24%~28%，最優(yōu)選為25%。在本發(fā)明中，所述La源優(yōu)選為Mg-La中間合金。在本發(fā)明中，所述Mg-La中間合金中La的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為20 %~30 %，更優(yōu)選為24 %~28 %，最優(yōu)選為25 %。在本發(fā)明中，所述Zr源優(yōu)選為Mg-Zr中間合金。在本發(fā)明中，所述Mg-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為20%~30%，更優(yōu)選為24 %~28 %，最優(yōu)選為25 %。
[0037]將所述Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合之前，本發(fā)明優(yōu)選將所述Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源進(jìn)行預(yù)熱。在本發(fā)明中，所述預(yù)熱的溫度優(yōu)選為150°C~280°C，更優(yōu)選為160°C~260°C，最優(yōu)選為170°C~240°C，最最優(yōu)選為170°C~220°C。本發(fā)明對(duì)所述預(yù)熱的時(shí)間沒(méi)有特殊的限制，所述預(yù)熱時(shí)間使上述Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源達(dá)到所述預(yù)熱溫度即可。
[0038]得到合金液后，本發(fā)明優(yōu)選將所述合金液進(jìn)行精煉、扒渣。本發(fā)明對(duì)所述精煉和扒渣的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備鎂合金過(guò)程中所用的精煉和扒渣的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選將所述合金液進(jìn)行吹氬氣精煉，將精煉后的合金液除去氬氣后進(jìn)行扒渣。
[0039]得到合金液后，本發(fā)明優(yōu)選將所述合金液進(jìn)行靜置，所述靜置的溫度為720°C~780°C。本發(fā)明通過(guò)對(duì)所述合金液進(jìn)行靜置可去除所述合金液中的氣泡，并使合金液中的雜質(zhì)下沉。本發(fā)明優(yōu)選將所述合金液進(jìn)行上述精煉、扒渣后靜置。在本發(fā)明中，所述靜置的溫度更優(yōu)選為740°C~770°C，最優(yōu)選為750V~760°C。在本發(fā)明中，所述靜置的時(shí)間優(yōu)選為0.5小時(shí)~2小時(shí)，更優(yōu)選為I小時(shí)~1.5小時(shí)。
[0040]得到合金液后，本發(fā)明將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述澆鑄時(shí)的澆注速度為27mm/min~40mm/min，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述澆鑄時(shí)的液穴深度為160mm~320mm。本發(fā)明優(yōu)選在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行所述澆鑄。本發(fā)明對(duì)所述保護(hù)氣體的種類(lèi)和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備鎂合金時(shí)所用的保護(hù)氣體即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得。在本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體優(yōu)選為SFf^P C02。本發(fā)明對(duì)所述澆鑄的設(shè)備沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的澆鑄設(shè)備即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述澆鑄的設(shè)備可以為結(jié)晶器。在本發(fā)明中，所述結(jié)晶器的夾套優(yōu)選為銅質(zhì)夾套。本發(fā)明對(duì)所述結(jié)晶器夾套的直徑?jīng)]有特殊的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)所需Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的尺寸選擇不同直徑的結(jié)晶器夾套。
[0041 ]在本發(fā)明中，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度優(yōu)選為700°C~710°C。在本發(fā)明中，所述燒鑄時(shí)的燒注速度優(yōu)選為30mm/min~36mm/min,更優(yōu)選為33mm/min~35mm/min。在本發(fā)明中，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度優(yōu)選為3K/s~lOK/s。本發(fā)明優(yōu)選采用冷卻水進(jìn)行所述冷卻。在本發(fā)明中，所述冷卻水的壓力優(yōu)選為0.02MPa~0.05MPa，更優(yōu)選為0.03MPa~0.04MPa，最優(yōu)選為0.035MPa~0.038MPa。在本發(fā)明中，所述冷卻水的流速優(yōu)選為6.9m3/h~9.3m3/h,更優(yōu)選為7.2m3/h~8.4m3/h,最優(yōu)選為7.5m3/h~8m3/h。在本發(fā)明中，當(dāng)米用冷卻水進(jìn)行所述冷卻時(shí)，二次冷卻水的溫度優(yōu)選為25V~48°C，更優(yōu)選為28V~42°C，最優(yōu)選為31°C~38°C。在本發(fā)明中，所述澆鑄時(shí)的液穴深度優(yōu)選為200mm~280mm，更優(yōu)選為 230mm ~260mm,最優(yōu)選為 240mm ~250mm。
[0042]得到鑄態(tài)合金后，本發(fā)明將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理從而去除所述鑄態(tài)合金中的內(nèi)應(yīng)力。在本發(fā)明中，所述退火處理的溫度優(yōu)選為260°C~300°C，更優(yōu)選為270°C~280°C。在本發(fā)明中，所述退火處理的時(shí)間優(yōu)選為9小時(shí)~11小時(shí),更優(yōu)選為10小時(shí)。
[0043]在本發(fā)明中，所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:0.5wt %~1.2wt %的Y, 0.4wt %~0.7wt% 的 Gd, 0.2wt% ~0.6wt% 的 La, 4.5wt% ~6.4wt% 的 Zn, 0.4wt% ~0.7wt% 的 Zr，雜質(zhì)元素總量< 0.05wt%，余量為Mg。本發(fā)明可通過(guò)控制上述技術(shù)方案所述Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源的加入量來(lái)控制合金的成分，制備得到所述成分的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0044]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，包括:0.5wt %~1.2wt %的Y,0.4wt % ~0.7wt % 的 Gd, 0.2wt % ~0.6wt % 的 La, 4.5wt % ~6.4wt % 的 Zn, 0.4wt % ~0.7wt %的Zr，雜質(zhì)元素總量< 0.05wt %，余量為Mg。在本發(fā)明中，所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金優(yōu)選包括:0.54wt % ~0.73wt % 的 Y, 0.46wt % ~0.62wt % 的 Gd, 0.23wt % ~0.42wt %的 La, 4.8wt % ~5.2wt % 的 Zn, 0.43wt % ~0.54wt % 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量< 0.05wt %，余量為Mg。在本發(fā)明中，所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法與上述技術(shù)方案所述Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法一致，在此不再贅述。
[0045]本發(fā)明按照GB/T228.1_2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第I部分:室溫試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試本發(fā)明制備得到 的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的擠壓比為16、抗拉強(qiáng)度為361MPa~379MPa，屈服強(qiáng)度為315MPa~328MPa，延伸率為13.4%~16.3%，力學(xué)性能較好。對(duì)本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑> 400mm，長(zhǎng)度> 4000mm。對(duì)本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明制備得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。
[0046]本發(fā)明提供了一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟:1)、將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液；2)、將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述澆鑄時(shí)的澆注速度為27mm/min~40mm/min，所述澆鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述澆鑄時(shí)的液穴深度為160mm~320mm ；3)、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)Jy^iiMg-Zn-RE-Zr系續(xù)合金包括:0.5wt% ~1.2wt% 的 Y, 0.4wt% ~0.7wt% 的 Gd, 0.2wt% ~0.6wt% 的 La，
4.5wt%~6.4wt% 的 Zn,0.4wt%~0.7wt% 的 Zr,雜質(zhì)元素總量< 0.05wt%,余量為 Mg。本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中，使用Y源、Gd源和La源，稀土元素Y、Gd和La在Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金中的凝固系數(shù)不同，減少了本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中鑄錠的開(kāi)裂傾向；而且本發(fā)明在制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的過(guò)程中通過(guò)控制澆注溫度、澆注速度、冷卻速度、液穴深度以及退火處理的工藝參數(shù)，避免了制備Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、縮松、冷隔和偏析的缺陷，使本發(fā)明提供的方法能夠制備得到力學(xué)性能較好而且直徑尺寸較大的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0047]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0048]本發(fā)明以下實(shí)施例所用到的原料均為市售商品，所用的Mg為高純鎂，Zn為高純鋅，Mg-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量含量為25%，Mg-Y中間合金中Y的質(zhì)量含量為20% ,Mg-Gd中間合金中Gd的質(zhì)量含量為25%，Mg-La中間合金中La的質(zhì)量含量為20%。
[0049]實(shí)施例1
[0050]將1565kg 的 Mg、105kg 的 Zn、160kg 的 Mg-Zr 中間合金、IOOkg 的 Mg-Y 中間合金、45kg的Mg-Gd中間合金和25kg的Mg-La中間合金預(yù)熱到200°C ；
[0051]在680°C下，將上述預(yù)熱后的Mg放入含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中熔化，待所述Mg完全熔化后，向得到的Mg液中加入上述預(yù)熱的Zn，得到第一混合金屬液；
[0052]在760°C下，向上述第一混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-La中間合金,得到第二混合金屬液；
[0053]在780°C下， 向上述第二混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Zr中間合金，得到合金液；
[0054]將所述合金液吹氬氣精煉、除去氬氣后扒渣，將扒渣后的合金液在760V的靜置爐中靜置Ih ；
[0055]在SF6氣體和CO2氣體的保護(hù)下，將上述靜置后的合金液導(dǎo)入結(jié)晶器中心的分流器中，使所述合金液分流后進(jìn)入直徑為480_的結(jié)晶器銅質(zhì)夾套中，在澆注溫度為700°C、結(jié)晶器的引錠器下降速度為36mm/min、冷卻水水壓為0.03MPa、冷卻水流速為7.2m3/h、二次冷卻水的水溫為38°C、液穴深度為250mm的條件下將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金；
[0056]將所述鑄態(tài)合金在232°C下進(jìn)行12h的退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0057]采用光譜分析儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:0.73被％的Y，0.56被％的Gd, 0.23被％的La，5.2被％的Zn，0.54被％的Zr，余量為Mg。按照上述技術(shù)方案所述方法測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例1得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑為465mm，長(zhǎng)度為4175mm,尺寸較大。
[0058]實(shí)施例2
[0059]將1585kg 的 Mg、IOOkg 的 Zn、150kg 的 Mg-Zr 中間合金、90kg 的 Mg-Y 中間合金、40kg的Mg-Gd中間合金和35kg的Mg-La中間合金預(yù)熱到18(TC ；
[0060]在700°C下，將上述預(yù)熱后的Mg放入含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中熔化，待所述Mg完全熔化后，向得到的Mg液中加入上述預(yù)熱的Zn，得到第一混合金屬液；
[0061]在750°C下，向上述第一混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-La中間合金,得到第二混合金屬液；
[0062]在800°C下，向上述第二混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Zr中間合金，得到合金液；
[0063]將所述合金液吹氬氣精煉、除去氬氣后扒渣，將扒渣后的合金液在770V的靜置爐中靜置1.5h ；
[0064]在SF6氣體和CO2氣體的保護(hù)下，將上述靜置后的合金液導(dǎo)入結(jié)晶器中心的分流器中，使所述合金液分流后進(jìn)入直徑為480mm的結(jié)晶器銅質(zhì)夾套中，在澆注溫度為705°C、結(jié)晶器的引錠器下降速度為33mm/min、冷卻水水壓為0.035MPa、冷卻水流速為7.8m3/h、二次冷卻水的水溫為36°C、液穴深度為280mm的條件下將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金；
[0065]將所述鑄態(tài)合金在260°C下進(jìn)行Ilh的退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0066]按照實(shí)施例1所述方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:0.67wt %的Y，
0.46wt%的Gd, 0.34wt%的La, 4.8wt%的Zn, 0.43wt%的Zr,余量為Mg。按照上述技術(shù)方案所述方法測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表2所示。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例2得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑為465mm,長(zhǎng)度為4780mm,尺寸較大。
[0067]實(shí)施例3
[0068]將15 70kg 的 Mg、90kg 的 Zn、160kg 的 Mg-Zr 中間合金、80kg 的 Mg-Y 中間合金、55kg的Mg-Gd中間合金和45kg的Mg-La中間合金預(yù)熱到220°C ；
[0069]在690°C下，將上述預(yù)熱后的Mg放入含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中熔化，待所述Mg完全熔化后，向得到的Mg液中加入上述預(yù)熱的Zn，得到第一混合金屬液；
[0070]在780°C下，向上述第一混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-La中間合金,得到第二混合金屬液；
[0071]在810°C下，向上述第二混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Zr中間合金，得到合金液；
[0072]將所述合金液吹氬氣精煉、除去氬氣后扒渣，將扒渣后的合金液在740V的靜置爐中靜置2h ；
[0073]在SF6氣體和CO2氣體的保護(hù)下，將上述靜置后的合金液導(dǎo)入結(jié)晶器中心的分流器中，使所述合金液分流后進(jìn)入直徑為480mm的結(jié)晶器銅質(zhì)夾套中，在澆注溫度為710°C、結(jié)晶器的引錠器下降速度為30mm/min、冷卻水水壓為0.038MPa、冷卻水流速為8.4m3/h、二次冷卻水的水溫為31°C、液穴深度為240_的條件下將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金；
[0074]將所述鑄態(tài)合金在280°C下進(jìn)行8h的退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0075]按照實(shí)施例1所述方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:0.54wt %的Y，
0.62wt%的Gd, 0.42wt%的La, 4.5wt%的Zn, 0.63wt%的Zr,余量為Mg。按照上述技術(shù)方案所述方法測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑為466mm,長(zhǎng)度為4990mm,尺寸較大。
[0076]實(shí)施例4
[0077]將1660kg 的 Mg、IOOkg 的 Zn、120kg 的 Mg-Zr 中間合金、65kg 的 Mg-Y 中間合金、35kg的Mg-Gd中間合金和20kg的Mg-La中間合金預(yù)熱到220°C ；
[0078]在670°C下，將上述預(yù)熱后的Mg放入含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中熔化，待所述Mg完全熔化后，向得到的Mg液中加入上述預(yù)熱的Zn，得到第一混合金屬液；
[0079]在740°C下，向上述第一混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-La中間合金,得到第二混合金屬液；
[0080]在760°C下，向上述第二混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Zr中間合金，得到合金液；
[0081]將所述合金液吹氬氣精煉、除去氬氣后扒渣，將扒渣后的合金液在720°C的靜置爐中靜置2h ；
[0082]在SF6氣體和CO2氣體的保護(hù)下，將上述靜置后的合金液導(dǎo)入結(jié)晶器中心的分流器中，使所述合金液分流后進(jìn)入直徑為480mm的結(jié)晶器銅質(zhì)夾套中，在澆注溫度為690°C、結(jié)晶器的引錠器下降速度為27mm/min、冷卻水水壓為0.02MPa、冷卻水流速為6.9m3/h、二次冷卻水的水溫為25°C、液穴深度為160_的條件下將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金；
[0083]將所述鑄態(tài)合金在300°C下進(jìn)行IOh的退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0084]按照實(shí)施例1所述方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:0.5wt%的Y，
0.4wt%的Gd, 0.2wt%的La,5wt%的Zn, 0.4wt%的Zr,余量為Mg。按照上述技術(shù)方案所述方法測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑為464mm,長(zhǎng)度為4250mm,尺寸較大。
[0085]實(shí)施例5
[0086]將1424kg 的 Mg、130kg 的 Zn、180kg 的 Mg-Zr 中間合金、150kg 的 Mg-Y 中間合金、56kg的Mg-Gd中間合金和60kg的Mg-La中間合金預(yù)熱到220°C ；
[0087]在730°C下，將上述預(yù)熱后的Mg放入含有已熔化的RJ-5熔劑的熔煉爐中熔化，待所述Mg完全熔化后，向得到的Mg液中加入上述預(yù)熱的Zn，得到第一混合金屬液；
[0088]在760°C下，向上述第一混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金和Mg-La中間合金,得到第二混合金屬液；
[0089]在820°C下，向上述第二混合金屬液中加入上述預(yù)熱的Mg-Zr中間合金，得到合金液；
[0090]將所述合金液吹氬氣精煉、除去氬氣后扒渣，將扒渣后的合金液在780V的靜置爐中靜置2h ；
[0091]在SF6氣體和CO2氣體的保護(hù)下，將上述靜置后的合金液導(dǎo)入結(jié)晶器中心的分流器中，使所述合金液分流后進(jìn)入直徑為480mm的結(jié)晶器銅質(zhì)夾套中，在澆注溫度為720°C、結(jié)晶器的引錠器下降速度為40mm/min、冷卻水水壓為0.05MPa、冷卻水流速為9.3m3/h、二次冷卻水的水溫為48°C、液穴深度為320mm的條件下將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金；
[0092]將所述鑄態(tài)合金在320°C下進(jìn)行9h的退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金。
[0093]按照上述技實(shí)施例1所述方法對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金包括:1.2wt%的Y，
0.7wt %的Gd, 0.6wt%的La, 6.4wt %的Zn, 0.7wt %的Zr,余量為Mg。按照上述技術(shù)方案所述方法測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行超聲探傷，探傷結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金內(nèi)部無(wú)可測(cè)的鑄造缺陷。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的直徑為465mm,長(zhǎng)度為4588mm,尺寸較大。
[0094]表1本發(fā)明實(shí)施例得到的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
[0095]
【權(quán)利要求】
1.一種Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金的制備方法，包括以下步驟: 1)、將Mg源、Zn源、Y源、Gd源、La源和Zr源熔化、混合，得到合金液； 2)、將所述合金液進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金，所述澆鑄時(shí)的澆注溫度為690°C~720°C，所述燒鑄時(shí)的燒注速度為27mm/min~40mm/min,所述燒鑄時(shí)的冷卻速度為1.8K/s~15K/s ;所述燒鑄時(shí)的液穴深度為160_~320_ ； 3)、將所述鑄態(tài)合金進(jìn)行退火處理，得到Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，所述退火處理的溫度為230°C~320°C，所述退火處理的時(shí)間為8小時(shí)~12小時(shí)；
所述 Mg-Zn-RE-Zr 系續(xù)合金包括:0.5wt % ~1.2wt % 的 Y, 0.4wt % ~0.7wt % 的 Gd,0.2wt % ~0.6wt% 的 La, 4.5wt % ~6.4wt% 的 Zn, 0.4wt % ~0.7wt% 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量<0.05wt%，余量為 Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中的澆注溫度為700°C~710。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中的澆注速度為30mm/min~36mm/min0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中的冷卻速度為3K/s~IOK/S。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中的液穴深度為200mm~280mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中退火處理的溫度為260。。~300。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I)具體為: 在第一溫度下，將Mg源和Zn源熔化，得到第一混合金屬液，所述第一溫度為670°C~730 0C ； 在第二溫度下，將所述第一混合金屬液和Y源、Gd源、La源混合，得到第二混合金屬液，所述第二溫度為740 V~780 V ； 在第三溫度下，將所述第二混合金屬液和Zr源混合，得到合金液，所述第三溫度為760。。~820。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I)得到合金液后還包括將所述合金液進(jìn)行靜置，所述靜置的溫度為720V~780°C。
9.一種 Mg-Zn-RE-Zr 系續(xù)合金，包括 0.5wt%~1.2wt% 的 Y, 0.4wt%~0.7wt% 的 Gd，0.2wt% ~0.6wt% 的 La, 4.5wt% ~6.4wt% 的 Zn, 0.4wt% ~0.7wt% 的 Zr,雜質(zhì)兀素總量<0.05wt%，余量為 Mg。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的Mg-Zn-RE-Zr系鎂合金，其特征在于，包括:0.54wt %~0.73wt % 的 Y, 0.46wt % ~0.62wt % 的 Gd, 0.23wt % ~0.42wt % 的 La, 4.8wt % ~5.2wt %的Zn, 0.43wt%~0.54wt%的Zr,雜質(zhì)元素總量< 0.05wt%,余量為Mg。
【文檔編號(hào)】C22C23/04GK103981416SQ201410250496
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】孟健, 邱鑫, 程麗任, 牛曉東, 杜海, 張德平, 張洪杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所