一種高軋制成形能力鎂-稀土合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高軋制成形能力鎂?稀土合金及其制備方法。該鎂?稀土合金中各元素質(zhì)量百分含量分別為Gd：4.8?5.2％，Y：2.3?2.8％，Zn：1.9?2.3％，Al：0.8?1.2％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si雜質(zhì)總量小于0.03％，余量為Mg。制備方法為：以純Mg、純Zn、純Al、Mg?Gd中間合金、Mg?Y中間合金為原料，原料熔化后進(jìn)行攪拌、精煉、扒渣，保溫靜置后降溫，澆注成型得到鎂合金鑄坯或鎂合金鑄錠，鎂合金鑄坯或鎂合金鑄錠經(jīng)過勻質(zhì)化處理后，在軋機(jī)上熱軋制成形得到鎂?稀土合金。本發(fā)明提供一種新型低成本、高軋制成形能力鎂?稀土合金，具有良好的綜合機(jī)械性能，可作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料使用。
【專利說明】
-種高$L制成形能力鎮(zhèn)-稀±合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及的是一種儀基合金及其制備方法，具體設(shè)及一 種高社制成形能力儀-稀±合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀±元素由于具有獨(dú)特的核外電子排布，在冶金、材料領(lǐng)域中有獨(dú)特的作用，具有 凈化合金溶液、改善合金組織、提高合金室溫及高溫力學(xué)性能、增強(qiáng)合金耐蝕性能等功能。 因此，儀-稀±合金具有儀合金的固有優(yōu)點(diǎn)，如密度小、比強(qiáng)度高、具有金屬光澤等，同時(shí)又 具有耐熱強(qiáng)度高、蠕變性能優(yōu)良的新特點(diǎn)。
[0003] 由于稀±相的增強(qiáng)作用，儀-稀±合金在室溫及高溫下均表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能 而備受青睞。然而，正是由于儀-稀±合金的高強(qiáng)性能，反而使其變形能力很差，多數(shù)僅能通 過擠壓的方法進(jìn)行變形加工。一般而言，在Mg-Zn-RE合金體系中有Ξ種Ξ元平衡相，即W相 (Mg3Zri3RE2，立方結(jié)構(gòu)）、I相（MgsZnsRE，二十面體準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)似及財(cái)目（MguZnRE，長(zhǎng)周期堆煤 結(jié)構(gòu)）[Materials&Design 87(2015)245-255,Journal of Alloys and Compounds 426 (2006) 155-161]。在運(yùn)Ξ種相中，I和X兩種相被認(rèn)為是有效增強(qiáng)相而受到較多關(guān)注 [Materials Science and Engineering:A 373(2004)320-327,Scripta Materialia 53 (2005)799-803]。然而，由于與基體之間較弱的結(jié)合力[Materials Science and Enginee;ring:A 373(2004)320-327]及在拉伸過程中的斷裂傾向[Journal of Alloys and Compounds 432(2007) 129-134]，通常認(rèn)為W相是一種破壞相而非有益相。Mg-Zn-RE合金中 W、I和ΧΞ種相的形成取決于化(wt. % )/RE(wt. % )比值：當(dāng)化(wt. % )/RE(wt. % )大于4.38 時(shí)，只有I相生成；當(dāng)Zn(wt.%)/RE(wt.%)位于1.10和4.38之間時(shí)，同時(shí)生成1相和￥相；當(dāng) ai(wt.%)/RE(wt.%)小于1.10時(shí)只有W相生成；而當(dāng)Zn(wt.%)/RE(wt.%)相當(dāng)小時(shí)則會(huì) 出現(xiàn)財(cái)目[Journal of Alloys and Compounds 426(2006)155-161]。運(yùn)些金屬間化合物沉 淀在晶界處抑制晶界滑移，從而提高合金的室溫、高溫力學(xué)性能。但是運(yùn)種強(qiáng)化合金的方式 勢(shì)必會(huì)降低合金的延伸率，影響合金的熱加工成形性能，特別是含W相的儀-稀±合金的社 制成形能力。
[0004] Mg-Gd-Y系儀合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，但是由于其成本較高，不利于普遍應(yīng)用。 所W，在保證一定力學(xué)性能的前提下，降低合金中稀±元素的含量，研制一些新型合金成為 Mg-RE系合金重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在降低儀-稀±合金材料成本的同時(shí)，提供一種高社制成形能力 儀-稀±合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 一種高社制成形能力儀-稀±合金，該高社制成形能力儀-稀±合金W商業(yè)純Mg、 商業(yè)純化、商業(yè)純Al、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金為原料，原料烙化后進(jìn)行攬拌、精煉、?Λ 渣，保溫靜置后降溫，誘注成型得到具有高社制成形能力儀-稀±合金;所述的儀-稀±合金 中各元素質(zhì)量百分含量分別為Gd:4.8-5.2%，Υ:2.3-2.8%，Zn: 1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%， 不可避免的化、化、Ni、Si雜質(zhì)總量小于0.03%，余量為Mg。
[0008] 上述高社制成形能力儀-稀±合金的制備方法，具體包括W下步驟：
[0009] W商業(yè)純Mg、商業(yè)純Zn、商業(yè)純Al、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金為原料;按照產(chǎn) 品的質(zhì)量百分含量為Gd:4.8-5.2%，Υ:2.3-2.8%，Zn:1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%，不可避免 的化、化、Ni、Si雜質(zhì)總量小于0.03%，余量為Mg的配比將原料混合;合金元素烙化后進(jìn)行烙 煉、攬拌、化渣，保溫靜置后降溫，誘注成型得到儀合金鑄巧或儀合金鑄錠;所得儀合金鑄巧 或儀合金鑄錠經(jīng)過勻質(zhì)化處理后，在社機(jī)上熱社制成形，得到高社制成形能力儀-稀±合 金；
[0010] 所述的誘注成型的方法為金屬模具誘注成型或連鑄成型;若采用連鑄成型方式誘 注成型，在連鑄成型過程中，結(jié)晶器內(nèi)儀烙體采用SF6/C02氣體保護(hù)。所述的烙煉過程中采用 如下兩種方式之一進(jìn)行保護(hù):一種是SF6/C02氣體保護(hù)，一種是烙劑保護(hù);所述的烙煉工藝參 數(shù)為:烙體保溫溫度為740-750°C，保溫靜置時(shí)間為25-45min，誘注溫度為700-740°C。所述 勻質(zhì)化處理的工藝參數(shù)為：均勻化溫度為420-550°C，保溫時(shí)間為5-15h，冷卻方式為空冷。 所述熱社制的主要工藝參數(shù)為:社制溫度為420-550°C，道次間變形量為1-10%，道次間保 溫時(shí)間為5-15min，總變形量為50-85%。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] (1)本發(fā)明在儀合金中添加 Gd、Y、Zn、Al等元素，合金中優(yōu)先形成大量團(tuán)簇狀A(yù)in (Y，Gd)3顆粒相和少量多邊形塊狀A(yù)l2(Y，Gd)相，運(yùn)便降低了合金中Gd、Y的含量，于是W相向 片層狀生長(zhǎng)的趨勢(shì)受到抑制，僅發(fā)育成尺寸較小的顆粒。如此一來，W相對(duì)合金在變形過程 中破壞力顯著降低。
[OOU] (2)無論W化還是Ahi(Y，Gd)3和Al2(Y，Gd)相，均是硬質(zhì)相。在社制過程中均會(huì)強(qiáng) 烈刺激儀基體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，顯著提高合金的社制變形能力。在總變形量為60-80 %的 情況下，合金板材的邊裂和面裂均得到了抑制。
[0014] (3)本發(fā)明采用的都是常規(guī)的烙煉、成型，勻質(zhì)化處理及熱社制處理等方法，Gd、Y 總含量小于8 %，具有生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，操作易于進(jìn)行等特點(diǎn)，利于規(guī)?；虡I(yè)生 產(chǎn)。
[0015] (4)本發(fā)明的儀-稀±合金同時(shí)具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，高的伸長(zhǎng)率，和利于熱社制 加工(無明顯邊裂、面裂特征）的特點(diǎn)，是儀合金生產(chǎn)與應(yīng)用的理想材料。本發(fā)明的儀-稀± 合金社制后的各項(xiàng)力學(xué)性能見下表：
[0016] Mg-Gd-Y-Zn-Al 的力學(xué)性能
[0017]

【附圖說明】
[001引圖1為實(shí)施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金社制板材的表面照片圖；
[0019]圖2為實(shí)施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金鑄態(tài)顯微組織照片圖；
[0020] 圖3為實(shí)施例1中Mg-Gd-Y-Zn-Al合金社制態(tài)顯微組織照片圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] W下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)描述。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比）為:5.1%6(1、2.6%￥、2.1%化、1.(^1，雜質(zhì)元素化、 〇1、化、51的總量小于0.03%，余量為1邑。
[0024] 制備合金的烙鑄和社制工藝為：首先按配比稱料，將1旨、211、41、1旨-6(1中間合金、 Mg-Y中間合金預(yù)熱到200°C，然后將Mg放入預(yù)熱到100°C的相鍋中，并通入SF6:C02體積比為 1:100的保護(hù)氣體，待Mg完全烙化后加入Zn，當(dāng)烙體溫度達(dá)到740°C時(shí)加入Mg-Y中間合金、 Mg-Gd中間合金，加入的中間合金烙化后，通入氣氣精煉攬拌lOmin，除渣后在740°C靜置 25min，待溫度降至700°C后，采用金屬模具誘鑄成扁錠。所得扁錠在450°C勻質(zhì)化處理lOh后 空冷，車削后在420°C進(jìn)行社制，道次間變形量3%，道次間保溫時(shí)間為15min，社制總變形量 為70%，最后得到無邊裂、面裂的儀-稀±合金板材。
[0025] 實(shí)施例2
[00%] 合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比）為:5.0%6(1、2.8%￥、2.0%化、0.941，雜質(zhì)元素化、 〇1、化、51的總量小于0.03%，余量為1邑。
[0027] 制備合金的烙鑄和社制工藝為：首先按配比稱料，將1旨、211、41、1旨-6(1中間合金、 Mg-Y中間合金預(yù)熱到200°C，然后將Mg放入含有已烙化烙劑的烙化爐中，待Mg完全烙化后加 入化、A1，當(dāng)烙體溫度達(dá)到750°C時(shí)加入Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金，加入的中間合金烙 化后，通入氣氣精煉攬拌15min，除渣后在740°C靜置30min，待溫度降至720°C后，采用電磁 連鑄法得到圓柱巧料。電磁連鑄工藝參數(shù)為：電源功率為lOkW、電源頻率2000化、穩(wěn)定拉巧 速率為8cm/min、冷卻水量為1.5m3/h，結(jié)晶器內(nèi)通入SF6: C〇2體積比為1:100的保護(hù)氣體。所 得連鑄巧在500°C下勻質(zhì)化處理化后空冷，機(jī)械加工為40mm的板巧，在450°C進(jìn)行社制，道次 間變形量5%，道次間保溫時(shí)間為lOmin，社制總變形量為80%，最后得到無邊裂、面裂的儀- 稀±合金板材。
[0028] 實(shí)施例3
[00巧]合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比）為:5.0%Gd、2.7%Y、2.0%ai、1.0Al，雜質(zhì)元素化、 〇1、化、51的總量小于0.03%，余量為1邑。
[0030]制備合金的烙鑄和社制工藝為：首先按配比稱料，將1旨、211、41、1旨-6(1中間合金、 Mg-Y中間合金預(yù)熱到200°C，然后將Mg放入含有已烙化烙劑的烙化爐中，待Mg完全烙化后加 入化、A1，當(dāng)烙體溫度達(dá)到750°C時(shí)加入Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金，加入的中間合金烙 化后，通入氣氣精煉攬拌15min，除渣后在740°C靜置30min，待溫度降至720°C后，采用普通 連鑄法得到圓柱巧料。連鑄工藝參數(shù)為：穩(wěn)定拉巧速率為8cm/min、冷卻水量為1.5m^h，結(jié) 晶器內(nèi)通入SF6:C02體積比為1:100的保護(hù)氣體。所得連鑄巧在500°C下勻質(zhì)化處理化后空 冷，機(jī)械加工為40mm的板巧，在450°C進(jìn)行社制，道次間變形量5%，道次間保溫時(shí)間為 lOmin，社制總變形量為80%，最后得到無邊裂、面裂的儀-稀±合金板材。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高乳制成形能力鎂-稀土合金，其特征是：該高乳制成形能力鎂-稀土合金以商 業(yè)純Mg、商業(yè)純Zn、商業(yè)純A1、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金為原料，原料熔化后進(jìn)行攪拌、 精煉、扒渣，保溫靜置后降溫，澆注成型得到具有高乳制成形能力鎂-稀土合金;所述的鎂-稀土合金中各元素質(zhì)量百分含量分別為Gd: 4 · 8-5 · 2 %，Y: 2 · 3-2 · 8 %，Zn: 1 · 9-2 · 3 %，A1: 0.8-1.2%，不可避免的？6、&1、附、3丨雜質(zhì)總量小于0.03%，余量為1%。2. 權(quán)利要求1所述的一種高乳制成形能力鎂-稀土合金的制備方法，其特征是： 以商業(yè)純Mg、商業(yè)純Zn、商業(yè)純A1、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金為原料;按照產(chǎn)品的 質(zhì)量百分含量為Gd:4.8-5.2%，Y:2.3-2.8%，Zn: 1.9-2.3%，A1:0.8-1.2%，不可避免的 Fe、Cu、Ni、Si雜質(zhì)總量小于0.03%，余量為Mg的配比將原料混合;原料熔化后進(jìn)行攪拌、精 煉、扒渣，保溫靜置后降溫，澆注成型得到鎂合金鑄坯或鎂合金鑄錠;所得鎂合金鑄坯或鎂 合金鑄錠經(jīng)過勻質(zhì)化處理后，在乳機(jī)上熱乳制成形，得到高乳制成形能力鎂-稀土合金； 所述熔煉的工藝參數(shù)為:熔體保溫溫度為740-750 °C，保溫靜置時(shí)間為25-45min，澆注 溫度為 700-740 °C; 所述勻質(zhì)化處理的工藝參數(shù)為：均勻化溫度為420-550 °C，保溫時(shí)間為5-15h，冷卻方式 為空冷； 所述熱乳制的主要工藝參數(shù)為：乳制溫度為420-550°C，道次間變形量為1-10%，道次 間保溫時(shí)間為5-15min，總變形量為50-85%。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高乳制成形能力鎂-稀土合金的制備方法，其特征是:所述的 熔煉過程中采用SF6/C0 2氣體保護(hù)或采用熔劑保護(hù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的澆注成型的方法為金屬模 具澆注成型或連鑄成型。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高乳制成形能力鎂-稀土合金的制備方法，其特征是:所述 的澆注成型采用連鑄成型方式時(shí)，在連鑄成型過程中，結(jié)晶器內(nèi)鎂熔體采用SF 6/C02氣體保 護(hù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高乳制成形能力鎂-稀土合金的制備方法，其特征是:所述的 澆注成型采用連鑄成型方式時(shí)，在連鑄成型過程中，結(jié)晶器內(nèi)鎂熔體采用SF 6/C02氣體保護(hù)。
【文檔編號(hào)】C22C23/06GK106011572SQ201610340013
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】房燦峰, 劉光旭, 張路, 聞志恒, 郝海, 孟令剛, 張興國(guó)
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)