一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是目前實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、機(jī)加工性能優(yōu)良和減震性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車及3C領(lǐng)域。目前所應(yīng)用的壓鑄鎂合金主要為Mg-Al系列，其中應(yīng)用最為廣泛的AZ系合金，如AZ91合金，該合金室溫機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度為230MPa，屈服強(qiáng)度為140MPa，延伸率為3%，該合金綜合性能均衡，常溫力學(xué)性能、強(qiáng)度和塑韌性不高，這種合金具有較為良好的鑄造性能，所以被廣泛用于3C類產(chǎn)品中，但隨著3C產(chǎn)品輕薄化的趨勢發(fā)展，該合金的綜合性能，特別是強(qiáng)度和塑韌性已無法滿足薄壁產(chǎn)品的材質(zhì)使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是以Mg-Al系合金材料為基礎(chǔ)，合理組合添加多元稀土、堿土及其它元素，提供一種具有高屈服強(qiáng)度、高韌性的新型壓鑄鎂合金，使其能夠滿足輕薄化3C產(chǎn)品材質(zhì)的高要求。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，包含按重量百分比計算的如下組分:
Al:8.8?9.4%
Zn: 0.5?0.8%
Mn:0.5^0.9%
La:0.8?1.2%
Ce:0.3?0.6%
Y: 0.05?0.3%
Sr: 0.05?0.3%
Gd: 0.5?1.5%
其余部分包含Mg和不可避免的雜質(zhì)。
[0005]進(jìn)一步地，它還包括按重量百分比計算的如下組分:
Pr: 0.1?0.5%
Nd: 0.5?2.0%
Sb:0.3?1.0%。
[0006]進(jìn)一步地，它包含:La1.0wt%, Ce 0.5wt%。
[0007]進(jìn)一步地，它包含:Y0.2 wt%, Gd 1.0 wt%。
[0008]進(jìn)一步地,它包含:Sr 0.2 wt%。
[0009]進(jìn)一步地，它包含:Pr0.3 wt%, Nd 1.5 wt%。
[0010]進(jìn)一步地，它包含:Sb 0.5 wt%。
[0011]作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了上述高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金的制備方法，包括如下步驟:
(1)將純鎂、純鋁、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金在15(T200°C下預(yù)熱60min以上；
(2)將預(yù)熱后的純鎂、純鋁置入具有保護(hù)性氣氛的熔爐中，加熱至全部熔化；
(3 )將步驟(2 )所獲熔體升溫至720 V，并加入預(yù)熱后的Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金，充分熔化后攪拌至混合均勻，扒除表面浮渣；
(4)將步驟(3)所獲熔體靜置降溫至660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得所述高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金。
[0012]進(jìn)一步地，步驟(3)還包括:將步驟(2)所獲熔體升溫至720°C，并加入金屬Sb和/或Mg-LaCePrNd合金,充分熔化后攪拌至混合均勻。
[0013]進(jìn)一步地,所述金屬Sb和/或Mg-LaCePrNd合金在被加入步驟(2)所獲熔體之前，還被在15(T200°C下預(yù)熱60min以上。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:
(O本發(fā)明以AZ91D壓鑄鎂合金為基礎(chǔ)，添加多元稀土元素，堿土元素及其它元素，使得合金具有高強(qiáng)度和高韌性能，同時具有優(yōu)良的鑄造性能，該合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到250MPa?280MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到160MPa?190MPa，延伸率3.0?5.0% ；
(2)適用于薄壁耐沖擊的產(chǎn)品上，極具開發(fā)潛力。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例1的合金成分重量百分含量表。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例2的合金成分重量百分含量表。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例3的合金成分重量百分含量表。
[0018]圖4是本發(fā)明實施例4的合金成分重量百分含量表。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作更為具體的說明。
[0020]實施例1
將普通Mg-Al系壓鑄鎂合金(市購的AZ91D合金)在150°C?200°C溫度下預(yù)熱60 min以上，然后置入在帶有保護(hù)氣體SF6和N2的熔爐中加熱至全部熔化，將熔體升溫至720°C，待AZ9ID全部熔化后，攪拌2 min至混合均勻，扒除表面浮渣，靜置15 min，降溫至660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得的合金成分如圖1。
[0021]所得合金在室溫時的機(jī)械性能如下:
抗拉強(qiáng)度UTS:232 MPa
屈服強(qiáng)度YS:135 MPa 延伸率 δ: 2.3%
實施例2
先將Mg-LaCe合金、Mg-Y合金及Mg-Sr合金在150°C?200°C溫度下預(yù)熱60 min以上；然后將AZ91D合金置入帶有保護(hù)氣體SF6和N2的熔爐中加熱至全部熔化，將熔體溫度升溫至720 0C，并加入預(yù)熱后的Mg-LaCe合金，Mg-Y合金及Mg-Sr合金，充分溶化后，攪拌3_5min，至混合均勻，扒除表面浮渣，靜置降溫至660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得所述的高強(qiáng)度高韌性壓鑄鎂合金，如圖2所示。
[0022]所得鎂合金在室溫時的機(jī)械性能如下:
抗拉強(qiáng)度UTS=252 MPa
屈服強(qiáng)度YS= 160 MPa 延伸率 δ = 3.0%
實施例3
先將純鎂、純鋁、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金、及Mg-Sr合金在150°C ^200°C溫度下預(yù)熱60 min以上；然后將純鎂、純鋁放入熔化爐中，在帶有保護(hù)氣體SF6和N2的熔爐中熔化，待其全部熔化后，將熔體升溫至720V，然后將經(jīng)過預(yù)熱的Mg-LaCe合金，Mg-Y合金、Mg-Gd合金及Mg-Sr合金加入熔體中，充分熔化后，攪拌3-5 min,至混合均勻，扒除表面浮渣，靜置降溫到660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得所述的高強(qiáng)度高韌性壓鑄鎂合金成分如圖3所示。
[0023]所得鎂合金在室溫時的機(jī)械性能如下:
抗拉強(qiáng)度UTS=260MPa
屈服強(qiáng)度YS= 170MPa 延伸率 δ = 4.3%
實施例4
先將純鎂、純鋁、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金、Mg-Sr合金和金屬Sb在150 0C?200°C溫度下預(yù)熱60 min以上；然后將純鎂、純鋁放入熔化爐中，在帶有SF6和N2保護(hù)氣體的熔爐中加熱熔化，至全部熔化后，將熔體升溫至720°C，接著將經(jīng)過預(yù)熱的Mg-LaCePrNd合金,Mg-Y合金、Mg-Gd合金、Mg-Sr合金及金屬Sb加入熔體中，充分熔化后，攪拌3-5 min,至混合均勻，扒除表面浮渣，靜置，降溫至660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得高強(qiáng)度高韌性壓鑄鎂合金成分如圖4所示。
[0024]所得鎂合金在室溫時的機(jī)械性能如下:
抗拉強(qiáng)度UTS=268MPa
屈服強(qiáng)度YS= 185MPa 延伸率 δ = 3.7%
下面說明以上實施例不同化學(xué)組分、機(jī)械性能隨著各種元素加入后性能發(fā)生的變化原因。輕稀土元素La和Ce的加入，生成熔點相對較低的強(qiáng)化相(Al，Mg) η (La，Ce) 3，提升合金的力學(xué)性能，同時，La和Ce的加入可以細(xì)化合金晶粒，但合金力學(xué)性能提升有限；Y、Gd的加入，生成了高硬度的強(qiáng)化新相Al2Y, Al2Gd, β相由網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)狀和/或顆粒狀，進(jìn)一步提升了合金的力學(xué)性能和合金硬度；Pr、Nd的加入，生成了高熔點化合物Mg12Nd,有效提升合金的高溫性能，但室溫下有易縮孔，縮松等缺陷，造成材料變脆；Sr可以減少合金的結(jié)晶溫度范圍，提高合金的流動性，提高合金鑄造性能，能細(xì)化晶粒，提高合金致密度，減少縮松，Sb對鎂合金具有組織細(xì)化的作用，還對異質(zhì)形核抑制生長的綜合作用，Sb加入合金后，會優(yōu)先析出Mg3Sb2高熔點強(qiáng)化相，抑制晶粒生長，細(xì)化晶粒。所以多元稀土堿土元素科學(xué)組合添加，充分發(fā)揮疊加效用，實現(xiàn)不同組合，不同組分具有不同綜合性能，但多元稀土的添加能顯著提升合金的綜合性能。
[0025]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，包含按重量百分比計算的如下組分: Al:8.8?9.4%Zn: 0.5?0.8% Mn:0.5^0.9% La:0.8?1.2% Ce:0.3?0.6%Y: 0.05?0.3%Sr: 0.05?0.3%Gd: 0.5?1.5% 其余部分包含Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它還包括按重量百分比計算的如下組分:Pr: 0.1?0.5%Nd: 0.5?2.0% Sb:0.3?1.0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它包含:La1.0wt%，Ce 0.5wt%0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它包含:Y0.2wt%，Gd 1.0 wt%0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它包含:Sr0.2Wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它包含:Pr0.3wt%，Nd 1.5 Wt%o
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，其特征在于，它包含:Sb0.5wt%。
8.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將純鎂、純鋁、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金在15(T200°C下預(yù)熱60min以上； 將預(yù)熱后的純鎂、純鋁置入具有保護(hù)性氣氛的熔爐中，加熱至全部熔化； 將步驟(2)所獲熔體升溫至720 V，并加入預(yù)熱后的Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金，充分熔化后攪拌至混合均勻，扒除表面浮渣； 將步驟(3)所獲熔體靜置降溫至660°C以下，進(jìn)行壓鑄，獲得所述高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟(3)還包括:將步驟(2)所獲熔體升溫至720°C，并加入金屬Sb和/或Mg-LaCePrNd合金，充分熔化后攪拌至混合均勻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金的制備方法，其特征在于，所述金屬Sb和/或Mg-LaCePrNd合金在被加入步驟(2)所獲熔體之前，還被在15(T200°C下預(yù) bO ' I~TT ΧΤΤΤ/Λ ΓΛ
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度、高韌性壓鑄鎂合金，包含按重量百分比計算的如下組分：Al：8.8~9.4%，Zn:0.5~0.8%，Mn：0.5~0.9%，La：0.8~1.2%，Ce：0.3~0.6%，Y:0.05~0.3%，Sr:0.05~0.3%，Gd:0.5~1.5%，其余部分包含Mg和不可避免的雜質(zhì)。其具有高強(qiáng)度和高韌性能，同時具有優(yōu)良的鑄造性能，適用于薄壁耐沖擊的產(chǎn)品上。
【IPC分類】C22C1-03, C22C23-02
【公開號】CN104745905
【申請?zhí)枴緾N201310742074
【發(fā)明人】單巍巍, 劉金平
【申請人】蘇州昊卓新材料有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月30日