專利名稱：：不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，屬于鎂合金材料領(lǐng)域。技術(shù)背景近年來，由于環(huán)保壓力和節(jié)能意識的增強，以Mg—Al基合金為主的輕質(zhì)壓鑄鎂合金在汽車上得到推廣應(yīng)用。然而與鋁合金相比，鎂合金的應(yīng)用還有很大差距，其原因之一是缺乏足夠的高溫性能。目前廣泛應(yīng)用的AZ、AM系列壓鑄鎂合金長期使用溫度不能超過12(TC，使其無法用于制造對高溫蠕變性能要求高的汽車傳動部件，因此極大的阻礙了鎂合金的進一歩應(yīng)用。研究表明，提高近晶界沉淀的穩(wěn)定性，能改善壓鑄鎂合金的耐熱性能，其方法就是添加稀土元素減少鋁含量，還有就是設(shè)計不含鋁的壓鑄鎂合金。基于此，稀土被引進到Mg-Al基合金開發(fā)具有高溫抗蠕變性能的鎂合金，例如AE42、AE44等。MEL公司也開發(fā)出了一種不含鋁的壓鑄稀土鎂合金MEZ(Mg-1.92%RE-0.33%Zn-0.26%Mn)，這種合金在15(TC175'C有比AE42更好的抗蠕變性能，但是，它的屈服強度和抗拉強度很低(I.P.Moreno,ScriptaMaterialia2003，1029-1034頁)。稀土做為改善傳統(tǒng)鎂合金耐熱性能和開發(fā)新型耐熱鎂合金的合金化(微合金化)元素已被屈內(nèi)外研究單位和生產(chǎn)廠家認(rèn)可，所使用的稀土包括單一純凈稀土，如Nd、Y、Gd，和混合稀土，目前使用最多的混合稀土為富鈰混合稀土，主要成分為La、Ce、Pr、Nd;富釔混合稀土，主要成分為Y、Ho、Er、Gd;鐠釹混合稀土，主要成分為Pr和Nd。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對目前壓鑄鎂合金的弱點，提供不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，該合金具有強度適中，耐熱性能優(yōu)良的特點，可長期在20025(TC使用。實施本發(fā)明的技術(shù)方案不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，其成分及質(zhì)量百分比為釔2%4%，軋0.2%0.6%，鋅O.3%0.6%，錳0.1%0.3%，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03X，余量為鎂。不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制備方法的步驟和條件如下按配比稱料；先將純鎂、鋅、鎂錳中間合金放入預(yù)熱至65(TC坩鍋，并通入保護氣體SFe和N2混合氣體，在72(TC加入的爐料完全熔化后，繼續(xù)升溫至750。C，加入鎂一釔和鎂一釓稀土中間合金，并繼續(xù)通保護氣體，鎂一釔和鎂一釓稀土中間合金熔化后，在75(TC下攪拌，通氬氣精煉，然后靜置，降溫至700680E進行壓鑄，獲得不含鋁的耐熱壓禱稱土鏡合金。有益效果1)釔本發(fā)明用于提高合金強度和耐熱性能的主要兀素，它是提高鎂合金力學(xué)性能的優(yōu)良添加劑，被認(rèn)為是稀土元素中改善鎂合金高溫性能最有效的元素之一，它可以使合金的枝晶細(xì)化，在晶界生成Mg2Y沉淀相，Mg2Y相有高的熱穩(wěn)定性，能夠有效阻止晶界在高溫條件下滑移，合金斷口纖維組織比率和合金塑性提髙。2)少量的釓還可以改善合金的鑄造性能，同時起到一定的固溶強化作用。同時，稀土元素是鎂合金的表面活性元素，合金熔煉時稀土在合金液表由'聚集，形成MgO、虹203等多元復(fù)合致密氧化物層，減輕氧化現(xiàn)象，提高合金的起燃溫度，有利于合金的熔鑄；合金液凝固過程中，稀土在固液前沿富集，提高成分過冷度，有助于細(xì)化合金組織。因此稀土元素有助于提高合金的綜合性能。3)在Mg-Y合金中添加少量Zn能夠提高合金的抗蠕變性能(MayLimiSuzuki，MaterialsScienceandEngineering2004，第706-709頁)4)錳的作用主要是提高合金的耐腐蝕性能，錳可與鎂合金中鐵或其他重金屬元素形成化合物，使其作為熔渣被排除，從而消除鐵或其他重金屬元素對鎂合金耐蝕性的有害影響。圖1是本發(fā)明中合金的實施例4的鑄態(tài)組織圖。圖2是沉淀相的成分分析圖。圖3是實施例4在20(TC，70MPa和90MPa條件下的蠕變曲線圖。曲線1、2分別是實施例4在20(TC，70MPa和90MPa條件下的蠕變曲線，曲線3是在200。C，70MPa條件下AE44的蠕變曲線。圖4是實施例4在25CTC，30MPa和50MPa條件下的蠕變曲線圖。曲線l、2分別是實施例4在25(TC，30MPa和50MPa條件下的蠕變曲線。五具體實施例方式實施例1一種不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，由釔、禮、鋅、錳和鎂組成，其配比(質(zhì)量百分比)為釔2%，軋0.2%，鋅O.3%，錳0.15%,雜質(zhì)元素Fc、Cu和Ni的總量小于0.03%，余量為鎂。'不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制備方法的步驟和條件如下按配比稱料；先將純鎂、鋅、鎂錳中間合金放入預(yù)熱至65(TC坩鍋，并通入保護氣體SFe和N2混合氣體。在72(TC，等加入的爐料完全熔化后，繼續(xù)升溫至750'C，加入鎂一釔和鎂一釓稀土屮間合金，并繼續(xù)通保護氣體。鎂一釔和鎂一釓稀土中間合金熔化后，在75(TC下攪拌，通氬氣精煉，然后靜置，降溫至70068(TC進行壓鑄，獲得不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金。實施例2一種不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，由釔、釓、鋅、錳和鎂組成，其配比(質(zhì)量百分比)為釔2%，釓0.6%，鋅0.5%，錳0.2%，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03%，余量為鎂。合金性能見表1和表2。不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制備方法的步驟和條件如實施例1。實施例3一種不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，由釔、軋、鋅、錳和鎂組成，其配比(質(zhì)量百分比)為釔.-3%，軋0.4%，鋅O.6%，錳0.2%，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.02%,余量為鎂。不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制備方法的步驟和條件如實施例1。實施例4一種不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金，由釔、禮、鋅、錳和鎂組成，其配比(質(zhì)量百分比)為釔4%，軋0.4%，鋅O.6%，錳0.3%，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03%，余量為鎂。不含鋁的耐熱壓鑄稀土鎂合金的制備方法的步驟和條件如實施例1。表l為本發(fā)明實施例l、例2、例3和例4的室溫力學(xué)性能。表2為本發(fā)明實施例4的高溫力學(xué)性能。表3是本發(fā)明實施例4的高溫抗蠕變性能。其中，AE44是2005年挪威Hydro鎂業(yè)公司開發(fā)的新型抗高溫蠕變壓鑄鎂合金，已用于生產(chǎn)汽車零件，例如汽車的發(fā)動機托架，表3中AE44的數(shù)據(jù)是在同樣條件下制備的試樣，并在同樣測試條件下獲得的數(shù)據(jù)。表1本發(fā)明實施例1、例2、例3和例4的室溫力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、不含鋁的耐熱壓鑄鎂稀土合金，其特征在于，組成成分及其重量百分比為Y2％～4％，Gd0.2％～0.6％，Zn0.3％～0.6％，Mn0.1％～0.3％，雜質(zhì)元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.03％，余量為鎂。全文摘要本發(fā)明提供不含鋁的新型耐熱壓鑄鎂稀土合金，其組成成分及其重量百分比為Y2％～4％，Gd0.2％～0.6％，Zn0.3％～0.6％，Mn0.1％～0.3％，余量為鎂。釔是提高鎂合金力學(xué)性能的優(yōu)良添加劑，它可以使合金的枝晶細(xì)化，合金斷口纖維組織比率和合金塑性提高。釓和鋅也是合金的強化元素。本發(fā)明具有較好的室溫力學(xué)性能，高溫力學(xué)性能優(yōu)于AE44合金，并且在200℃，70MPa條件下最小蠕變速率為8.37×10^-10s^-1，100小時塑性蠕變伸長率為0.03％，優(yōu)于AE44合金；在250℃，30MPa條件下，100小時的塑性蠕變伸長率是0.32％，仍具有良好的抗蠕變性能。文檔編號C22C23/06GK101148724SQ200710056280公開日2008年3月26日申請日期2007年11月6日優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日發(fā)明者唐定驤,健孟,張德平,張景懷,張洪杰,房大慶,軍王申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所