高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，該合金的組成成分構(gòu)成和各成分的質(zhì)量百分含量為：Zn：7.0～12.0%，Zr：0.5～1.9%，Y：0.3～1.0%，Nd：0.1～0.5%，Ce：0.05～0.1%，其余為Mg。該合金不僅具有高強(qiáng)度、高韌性特點(diǎn)，還具有較高的力學(xué)性能、抗氧化性能以及良好的組織穩(wěn)定性。特別適用于汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土鎂合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及主要適用于汽車(chē)零部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂及鎂合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度，很好的抗磁 性，高的電負(fù)性和導(dǎo)熱性，良好的消震性和切削加工性能。但是鎂合金的強(qiáng)度不高，特別是 高溫性能較差，大大限制了其應(yīng)用。所以提高鎂合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度是鎂合金研究 中要解決的首要問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其目的是解決以往鎂合金 的強(qiáng)度低、高韌性差和疲勞性能差等問(wèn)題
[0004] 技術(shù)方案：
[0005] -種高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述合金由以下質(zhì)量百分含量的成 分構(gòu)成：
[0006] Zn :7· 0 ?12. 0%，Zr :0· 5 ?1. 9%，Y :0· 3 ?1. 0%，Nd :0· 1 ?0· 5%，Ce :0· 05 ? 0. 1%，其余為Mg。
[0007] 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：
[0008] Zn :7· 0 ?11. 0%，Zr :0· 5 ?1. 8%，Y :0· 3 ?0· 9%，Nd :0· 1 ?0· 3%，Ce :0· 05 ? 0.08%，其余為Mg。
[0009] 所述稀土鎂合金中，雜質(zhì)的成分和質(zhì)量百分含量滿(mǎn)足下述要求：〇< 0.002， N 彡 0· 001，S 彡 0· 004。
[0010] 制備上述的高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金的方法，其特征在于：具體方法如下：按比 例取各組分，采用電阻爐熔煉，將裝有原料的坩堝放入預(yù)先升溫至680°C的電阻爐中，通入 保護(hù)氣即N2+0. 1 % SF6,當(dāng)溫度重新升至680°C后，保溫20分鐘，待Mg和Zn全部熔化后再 加入含Zr、Y、Nd和Ce的中間合金，避免氧化；澆注成化學(xué)成分符合要求的母合金后，再通 過(guò)擠壓機(jī)將其擠壓成棒材，擠壓溫度為300?320°C，擠壓比約為47. 5,使用前須經(jīng)過(guò)T5處 理，即在180°C下進(jìn)行人工時(shí)效，保溫24h后空冷。
[0011] 優(yōu)點(diǎn)效果：本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，該合金在獲得高強(qiáng)度、 高韌性的同時(shí)，具有疲勞性能優(yōu)良的特點(diǎn)。
[0012] 大部分稀土元素與鎂的原子尺寸半徑相差在±15%范圍內(nèi)，在鎂中有較大固溶 度，具有良好的固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化作用；可以有效地改善合金組織和微觀結(jié)構(gòu)、提高合金 室溫及高溫力學(xué)性能、增強(qiáng)合金耐蝕性和耐熱性等；稀土元素原子擴(kuò)散能力差，對(duì)提高鎂合 金再結(jié)晶溫度和減緩再結(jié)晶過(guò)程有顯著作用；稀土元素還有很好的時(shí)效強(qiáng)化作用，可以析 出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，從而能大幅度提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。因此在鎂合 金領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出一系列含稀土的鎂合金，使它們具有高強(qiáng)、耐熱、耐蝕等性能，將有效地拓展 鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域
[0013] 本發(fā)明合金的化學(xué)成分設(shè)計(jì)主要基于如下理由：
[0014] Mg中添加 Zn元素后，可以起到固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用。Zn可以提高鑄件的蠕 變抗力與疲勞極限。由于亞穩(wěn)過(guò)渡相的存在，Mg-Zn系合金在時(shí)效過(guò)程中往往呈現(xiàn)出良好 的沉淀強(qiáng)化效果。由于Mg-Zn系合金晶粒通常較為粗大的同時(shí)還比較容易形成微孔與空洞 等鑄造缺陷，故該系合金中往往加入Zr以細(xì)化合金的顯微組織。Zr的添加已經(jīng)成為細(xì)化鎂 合金組織的常用手段。
[0015] 在鎂合金加入少量的Y元素可以顯著提高合金的強(qiáng)度，且其強(qiáng)化效果甚至高于 Al、Mn元素。添加適量的Y元素，可以起到窄化晶界，細(xì)化晶粒的作用。當(dāng)Y含量為0.3? 1. 0%時(shí)，Mg-Zn-Zr合金的抗拉強(qiáng)度顯著提高，伸長(zhǎng)率則達(dá)到峰值。
[0016] 元素 Nd在Mg中的固溶度較大，約為4%，所以添加 Nd的稀土鎂合金的時(shí)效強(qiáng)化效 果較好。Nd能提高鎂合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，所以稀土元素 Nd成為作用效果最佳的主 合金化稀土兀素之一。
[0017] 適量的Ce元素的添加可以提高合金的強(qiáng)度、硬度與伸長(zhǎng)率。Ce可以顯著減小合金 的晶粒尺寸，而且能有效的提高合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。
[0018] 總之，添加混合稀土能夠?qū)е聰D壓織構(gòu)和細(xì)小微觀組織的形成，從而也能夠提高 合金的強(qiáng)度、硬度與伸長(zhǎng)率。
[0019] 本發(fā)明所述稀土鎂合金利用純Mg、Zn、Zr、Y、Nd、Ce元素在電阻爐中熔煉，并澆注 成化學(xué)成分符合要求的母合金，然后再通過(guò)擠壓機(jī)將其擠壓成棒材。使用前需經(jīng)過(guò)熱處理。
[0020] 綜上所述，本發(fā)明的具體優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：
[0021] (1)與現(xiàn)有的其它鎂合金相比，本發(fā)明合金具有高強(qiáng)度、高韌性特點(diǎn)。
[0022] (2)本發(fā)明合金的疲勞性能比未添加稀土元素的合金優(yōu)異。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明合金經(jīng)熱擠壓后的顯微組織；
[0024] 圖2為本發(fā)明合金及未添加稀土 Mg-Zn-Zr合金經(jīng)熱擠壓后的S-N曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0026] 具體制備方法要求：采用電阻爐熔煉，先澆注成化學(xué)成分符合要求的母合金，然后 再通過(guò)擠壓機(jī)將其擠壓成棒材，使用前須經(jīng)過(guò)熱處理。
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] 本發(fā)明稀土鎂合金試樣的化學(xué)成分均參見(jiàn)表1。
[0029] 表1本發(fā)明合金的化學(xué)成分組成列表（wt. % )
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述合金由以下質(zhì)量百分含量的成 分構(gòu)成： Zn :7· 0 ?12. 0 %，Zr :0· 5 ?1. 9 %，Y :0· 3 ?1. 0 %，Nd :0· 1 ?0· 5 %，Ce :0· 05 ? 0. 1%，其余為Mg。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于： Zn :7· 0 ?11. 0%，Zr :0· 5 ?1. 8%，Y :0· 3 ?0· 9%，Nd :0· 1 ?0· 3%，Ce :0· 05 ? 0.08%，其余為Mg。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述稀土鎂合 金中，雜質(zhì)的成分和質(zhì)量百分含量滿(mǎn)足下述要求：〇< 0.002, 0.001，S < 0.004。
4. 制備權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性稀土鎂合金的方法，其特征在于：具體方法如 下：按比例取各組分，采用電阻爐熔煉，將裝有原料的坩堝放入預(yù)先升溫至680°C的電阻爐 中，通入保護(hù)氣即N2+0. 1% SF6,當(dāng)溫度重新升至680°C后，保溫20分鐘，待Mg和Zn全部 熔化后再加入含Zr、Y、Nd和Ce的中間合金，避免氧化；澆注成化學(xué)成分符合要求的母合金 后，再通過(guò)擠壓機(jī)將其擠壓成棒材，擠壓溫度為300?320°C，擠壓比約為47. 5,使用前須經(jīng) 過(guò)T5處理，即在180°C下進(jìn)行人工時(shí)效，保溫24h后空冷。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104099507SQ201410334746
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】張思倩, 陳立佳 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)