專利名稱：一種鑄造耐熱鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鑄造耐熱鎂合金，涉及一種輕金屬材料，尤其是一種鑄造耐熱鎂合金材料。
背景技術(shù)：
鎂合金作為最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，其比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度雖然與鋁合金和鋼相當(dāng)?shù)h(yuǎn)高于工程塑料。目前汽車、軌道交通、航空工業(yè)等已成為鎂合金應(yīng)用的最大領(lǐng)域，但一般鎂合金在溫度超過(guò)120℃時(shí)，其高溫強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度會(huì)大幅下降，這限制了鎂合金在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部件(如變速箱殼體、汽缸體、汽缸蓋、進(jìn)/排氣管)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等交通和航空航天領(lǐng)域上的應(yīng)用，為此世界各國(guó)科研機(jī)構(gòu)開展了大量的研究工作，研究開發(fā)耐熱鎂合金。
最早開發(fā)的較高耐熱性的鎂合金是Mg-Th系列，該系鎂合金的高溫蠕變性能良好，鍛件和鑄件的使用溫度可達(dá)到350℃，曾大量用在導(dǎo)彈和飛機(jī)上，但因?yàn)門h具有放射性，所以現(xiàn)在已不用該系鎂合金。隨后開發(fā)了AE系(如AE42Mg-4Al-2.5RE)，WE系(如WE43Mg-4Y-2.25Nd-1Zr)，EZ系(如EZ33Mg-3RE-2.5Zn-0.6Zr)等稀土耐熱合金，這些稀土元素使鎂合金晶界擴(kuò)散滲透性減小，相界的凝聚作用減慢，且形成的第二相熱穩(wěn)定性較高，在整個(gè)高溫持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起到了障礙作用。該類合金的特點(diǎn)是稀土含量較高，有較好的耐熱性，長(zhǎng)期使用溫度在120℃以上，但澆鑄工藝難控制，制品穩(wěn)定性低，且塑性較差，難于加工變形。此外還有AS系(如AS41；Mg-4Al-1Si)，具有成本低，塑性高，耐熱性能優(yōu)于AZ91等一般鎂合金的優(yōu)點(diǎn)，但由于鋁含量低，鑄造性能差，此外其強(qiáng)化相Mg2Si在凝固速度較慢的條件下會(huì)形成粗大的“漢字狀”，使合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都較低。近幾年來(lái)，日本、美國(guó)的科研人員研究開發(fā)了部分含Ca的鎂合金，如美國(guó)的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al-0.6Ca)，日本的Mg-2Zn-0.8Ca-2Mn-0.5Zr等，據(jù)稱抗蠕變性能達(dá)到或超過(guò)AE42等稀土鎂合金，但隨著Ca元素的添加，合金晶粒粗化，熱裂性傾向增加。目前耐熱鎂合金的研究與開發(fā)仍然是鎂應(yīng)用研究的一個(gè)重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在室溫和高溫條件下均具有良好力學(xué)性能、可以滿足汽車及航空航天領(lǐng)域?qū)︽V合金的需求新型的鑄造耐熱鎂合金。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種鑄造耐熱鎂合金，其特征在于其質(zhì)量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)由于Mg與Gd之間的原子間結(jié)合力大，Gd在Mg中的固溶度可達(dá)23.5wt.％，Gd與Mg的原子半徑差接近固溶上限的15％，合金的固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效果明顯，時(shí)效析出的Mg5Gd相的熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好；Gd含量在20％以上的Mg-Gd二元合金的強(qiáng)度高，但延伸率卻極低，由于Sc在合金中的低擴(kuò)散性，且其原子半徑接近于鎂，是一種理想的合金元素，但是合金在時(shí)效過(guò)程中緩慢生成的MgSc沉淀，該相對(duì)提高機(jī)械性能的作用非常微弱，因?yàn)槠浣缑娌还哺?，所以Mn做為第三加入元素，Sc和Mn會(huì)生成穩(wěn)定的中間金屬化合物，生成的Mn2Sc是共格的，可以對(duì)合金起到強(qiáng)化作用，提高鎂合金的抗蠕變性、硬度和強(qiáng)度。
本發(fā)明的合金的的制備方法是將鎂錠熔化后，升溫到800-830℃，在熔劑保護(hù)下加入中間合金Mg-Gd，Mg-Sc中間合金和MnCl2，待熔化后，攪拌靜置10-20分鐘，降溫到700-720℃進(jìn)行澆鑄。
本發(fā)明提出的耐熱鎂合金以釓做為主要合金元素，可以與鎂生成鎂-釓強(qiáng)化相，該相高溫穩(wěn)定性好，且釓可以以金屬釓或中間合金的形式加入，合金元素Mn也可以以中間合金或化學(xué)試劑的形式加入，操作方便易行，Sc雖然價(jià)格昂貴，但加入量超過(guò)0.3％即可起到強(qiáng)化效果，以中間合金的形式加入可以有效地降低合金的熔煉溫度和Sc的偏析。Sc與Mn生成共格的Mn2Sc可以有效地強(qiáng)化合金。
本發(fā)明提出的耐熱鎂合金在室溫條件下具有良好的力學(xué)性能，在200-300℃的條件下，合金的強(qiáng)度下降緩慢，具有良好的耐高溫性。
具體實(shí)施例方式
一種鑄造耐熱鎂合金，其質(zhì)量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)以下通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd5％；Mn1.0％；Sc0.5％；余量為鎂和鑄造過(guò)程中不可避免的雜質(zhì)。合金經(jīng)500℃，6小時(shí)保溫固溶，然后在250℃，12小時(shí)保溫時(shí)效后，其力學(xué)性能如下
25℃條件下，抗拉強(qiáng)度148.65Mpa，屈服強(qiáng)度101.12Mpa，延伸率6.44％200℃條件下，抗拉強(qiáng)度155.18Mpa，屈服強(qiáng)度110.05Mpa，延伸率12.43％250℃條件下，抗拉強(qiáng)度150.24Mpa，屈服強(qiáng)度108.2Mpa，延伸率12.95％300℃條件下，抗拉強(qiáng)度136.28Mpa，屈服強(qiáng)度96.95Mpa，延伸率13.68％實(shí)施例2耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd10％；Mn1％；Sc0.3％；余量為鎂和鑄造過(guò)程中不可避免的雜質(zhì)。合金經(jīng)500℃，6小時(shí)保溫固溶，然后在250℃，16小時(shí)保溫時(shí)效后，其力學(xué)性能如下25℃條件下，抗拉強(qiáng)度210.78Mpa，屈服強(qiáng)度170.82Mpa，延伸率4.28％200℃條件下，抗拉強(qiáng)度228.08Mpa，屈服強(qiáng)度185.35Mpa，延伸率5.20％250℃條件下，抗拉強(qiáng)度211.34Mpa，屈服強(qiáng)度165.32Mpa，延伸率6.31％300℃條件下，抗拉強(qiáng)度186.23Mpa，屈服強(qiáng)度142.77Mpa，延伸率6.91％實(shí)施例3耐熱鎂合金的組分及重量百分比Gd7％；Mn1.0％；Sc0.8％；余量為鎂和鑄造過(guò)程中不可避免的雜質(zhì)。合金經(jīng)500℃，6小時(shí)保溫固溶，然后在250℃，14小時(shí)保溫時(shí)效后，其力學(xué)性能如下25℃條件下，抗拉強(qiáng)度180.65Mpa，屈服強(qiáng)度150.82Mpa，延伸率5.28％200℃條件下，抗拉強(qiáng)度191.08Mpa，屈服強(qiáng)度156.35Mpa，延伸率6.18％250℃條件下，抗拉強(qiáng)度186.34Mpa，屈服強(qiáng)度147.32Mpa，延伸率6.81％300℃條件下，抗拉強(qiáng)度161.23Mpa，屈服強(qiáng)度122.77Mpa，延伸率7.11％
權(quán)利要求
1.一種鑄造耐熱鎂合金，其特征在于其質(zhì)量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
一種鑄造耐熱鎂合金，涉及一種輕金屬材料，尤其是一種鑄造耐熱鎂合金材料。其特征在于其質(zhì)量百分比組成為釓5％～10％；錳0.5％～1.0％；鈧0.3％～0.8％；余量為鎂。本發(fā)明的合金Gd為主要的合金元素，可以與鎂形成高溫穩(wěn)定性良好的Mg－Gd化合物強(qiáng)化合金，Mn為Sc第三第四合金元素，在熱處理過(guò)程中可以形成Mn
文檔編號(hào)C22C23/06GK101058861SQ200710099819
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者姚素娟, 褚丙武, 梁冬梅 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司