一種可制備大尺寸鑄錠的高強度稀土鎂合金及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬合金材料制備技術領域，特別涉及一種可制備大尺寸鑄錠的高強 度稀土鎂合金及方法。
【背景技術】
[0002] 鎂作為最輕的金屬結構材料，其合金在航天航天、汽車、電子領域有著非常重要的 應用，汽車部件采用鎂合金能較大幅度的降低車體質量，同時減少尾氣排放，節(jié)約能耗；筆 記本、手機等電子產品的外殼可用鎂合金代替，不僅外觀美觀，而且可減少其質量，增加用 戶的好感。鎂是HCP結構，強度低，同時表現(xiàn)出顯著的各向異性。通過添加不同的合金元素 能大幅度提高鎂合金強度，改善其延伸率，減小各向異性。
[0003] 鎂合金中添加的合金元素分為非稀土元素和稀土元素兩類，其中添加的非稀土元 素主要有Al、Zn、Zr、Μη等，如牌號為AZ31、AZ91、AM60、M2M、ZK61等的鎂合金，其主要成分 為Α1、Ζη、Μη等。Α1、Ζη、Μη等對鎂合金的強度及韌性有改善作用；Zr能細化合金晶粒，進 而提高鎂合金強度。
[0004] 鎂合金中添加的稀土元素主要包括Y、Gd、Nd、La、Ce、Sm等，稀土元素對鎂合金強 度和延伸率提升很大，如牌號為ME20M的鎂合金。主要的稀土鎂合金體系有Mg-Gd系、Mg-Y 系、Mg-Gd-Y系、Mg-La系等。由于La系等稀土兀素價格昂貴，所以儀稀土系合金均盡量減 少這類元素的含量。同時為了提升鎂合金的機械性能，加入一些非稀土元素保證較高的強 度和延伸率。目前商業(yè)上應用較多的稀土鎂合金為WE43合金，但其存在強度較低，且無法 制備大尺寸鑄錠等問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種可制備大尺寸鑄錠的高強度稀土鎂合金及方法，其特 征在于，所述可制備大尺寸鑄錠的高強度稀土鎂合金，按質量百分比，由以下組分組成： 7. 5 ~10%Gd，2. 5 ~5. 0%Υ，0· 8 ~1. 5%Ζη，0· 3 ~0· 6%Zr，雜質元素包含Ca、Cu、Si、 Fe和Ni等，雜質元素總量彡0. 2%，余量為Mg。
[0006] 所述高強度稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，所述稀土鎂合金的制備是以純 Mg錠、純Zn錠、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中間合金為原料熔煉鑄造并經過均勻化退火熱處理獲 得。
[0007] 所述熔煉鑄造熔鑄工藝為：采用不銹鋼坩堝、感應爐，在C02+SF6(體積比99:1)混 合氣體保護下進行熔煉，先將純Mg錠熔化，升溫至650~670°C時加入按比例配制好的純 Zn錠及Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中間合金，合金化過程利用電磁力攪拌合金熔體，以保證合金 元素的均勻分布；升溫至700~750°C時加入精煉劑加入精煉劑，精煉劑用量占爐料總量的 1~2%，精煉時間10~30min;精煉完成后降溫至650~680°C時靜置30~50min，隨后向 結晶器內進行澆鑄，得到直徑為600_的大尺寸鎂合金鑄錠；隨后進行均勻化退火熱處理， 保溫結束后對鑄錠進行風冷至室溫。
[0008] 所述原料Mg錠純度為 99. 8%，Zn錠純度 95 %。Mg-30 %Gd、Mg-30 %Y、Mg-30 % Zr中間合金純度99. 8%，均為市售產品。
[0009] 所述均勻化退火熱處理是在鑄造完成后立即對鑄錠進行均勻化退火熱處理，均勻 化退火熱處理的溫度為430~450°C，保溫時間為3~5小時，保溫結束后對鑄錠進行風冷 至室溫。
[0010] 所述鎂合金組分為Mg-Gd-Y-Zn-Zr，稀土元素為Gd和Y，其中Y在鎂基體中最大溶 解度為12%，為了保證得到優(yōu)異性能的合金，以及良好的時效析出強化和固溶強化效果，Y 的加入量不低于2. 5%，但是為了避免合金雜質含量以及降低合金生產成本，Y的加入量不 能過高，因而在鎂合金組分中稀土Y元素的添加量不高于5%。
[0011] 所述精煉劑的配方為：在97. 5w%的RJ-2精煉劑中加入2. 5w%的GdCl3，其中RJ-2 精煉劑為通用鎂合金精煉劑，質量百分數(shù)組成成分為：MgC12 = 38-46%，KC1 = 32-40%，CaF2 = 3-5%，BaC12 = 5. 5-8. 5%，NaCl+CaC12 彡 8%，MgO< 1%，不溶物彡 1. 5%，含水
[0012] 本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術相比，高強度稀土鎂合金具有優(yōu)良的鑄造性能， 實驗結果表明，利用上述熔煉鑄造及均勻化退火熱處理方法，可鑄造出直徑Φ600πιπι的大 尺寸鎂合金鑄錠，且鑄錠不發(fā)生熱裂。同時，均勻化退火熱處理后合金具有較高的室溫抗拉 強度及屈服強度，抗拉強度高于210MPa，屈服強度135MPa。本發(fā)明的高強度稀土鎂合金可 大批量生產，滿足航空航天、汽車、電子等領域方面對于鎂合金的要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1為直徑Φ600mm的大尺寸稀土鎂合金鑄錠。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明提供一種可制備大尺寸鑄錠的高強度稀土鎂合金及方法，以下通過實施例 來詳細說明本發(fā)明的具體技術方案。
[0015] 本發(fā)明【具體實施方式】中涉及到的原料有純Mg錠、純Zn錠、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中 間合金。所述原料Mg錠純度為99. 8%，Zn錠純度95%。Mg-30%Gd、Mg-30%Y、Mg-30% Zr中間合金純度99. 8%，均為市售產品。
[0016] 實施例1
[0017] 本實施例的高強度稀土鎂合金，由以下組分組成：9. 8 %Gd，2.5 %Y，1.4 %Zn， 0.4%21雜質元素包含0&、(：11、3^6和附等，雜質元素總量<0.15%，余量為1%。
[0018] 本實施例的高強度稀土鎂合金由純Mg錠、純Zn錠、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中間合金 為原料熔煉鑄造并經過均勻化退火熱處理獲得。按組分配置合金，其熔鑄工藝為：采用不銹 鋼坩堝、感應爐，在C02+SF6(體積比99:1)混合氣體保護下進行熔煉，先將純Mg錠熔化，升 溫至650~670°C時加入按比例配制好的純Zn錠及Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中間合金，合金化過 程利用電磁力攪拌合金熔體，以保證合金元素的均勻分布；升溫至710°C時加入精煉劑，該 精煉劑配方為：在97. 5w%的RJ-2精煉劑中加入2. 5w%的GdCl3，其中RJ-2精煉劑為通用 鎂合金精煉劑，質量百分數(shù)組成成分為：MgC12 = 38-46%，KCl= 32-40%，CaF2 = 3-5%， BaC12 = 5· 5-8. 5%，NaCl+CaC12 彡 8%，MgO< 1%，不溶物彡 1· 5%，含水彡 3%。精煉劑 用量占爐料總量的1~2%，精煉時間10~30min;精煉完成后降溫至650~680°C時靜置 30~50min，隨后向結晶器內進行澆鑄，得到直徑為600mm的大尺寸鎂合金鑄錠，如圖1所 示。隨后進行均勻化退火熱處理，溫度為430°C，保溫時間5小時，保溫結束后對鑄錠進行風 冷至室溫。
[0019] 實施例2
[0020] 本實施例的高強度