專利名稱：含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種材料技術(shù)領域的鎂合金及其制備方法，具體涉及一種通 過添加釓獲得的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國航空航天業(yè)、汽車業(yè)的迅猛發(fā)展，航天器和汽車等交通工具的輕量 化就成為永恒的追求。鎂合金由于具有高的比強度、比剛度、比彈性摸量，已成 為材料工作者關注的焦點。但目前由于現(xiàn)有鎂合金的高溫抗蠕變性能差，無法用 于制造對高溫蠕變性能要求高的汽車傳動部件，極大地阻礙了鎂合金的進一歩 應用。為此，國內(nèi)外對具有高溫抗蠕變性能的汽車用耐熱鎂合金的研究開發(fā)給 予了高度重視，并先后試制研究了 Mg-Al-Si、 Mg-A1-RE、 Mg-Al-Ca、 Mg-A1-Ca-RE、 Mg-Al-Sr、 Mg-Al-Sn、 Mg-Zn-Al、 Mg-Zn-RE、 Mg- Zn-Si和Mg-Zn-Sn 等系列的耐熱鎂合金。在這些已得到試制研究的耐熱鎂合金中，Mg-Zn-Al系合 金由于具有高溫性能較好、成本較低和較好的鑄造性能等優(yōu)勢，被認為是一種有 發(fā)展前途的高溫抗蠕變鎂合金。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Luo.A等在《Magnesium alloys and their applications》(鎂合金及其應用)，1998: 151 — 156上發(fā)表的"Development of a creep-resistant magnesium alloy for die casting applications"( — 種新的壓鑄用抗蠕變鎂合金)，該文中提出在Mg-Zn-Al系列合金添加鈣元素以 提高合金的蠕變性能，具體方法為在Mg-8Zn-5A1的基礎上添加0. 1-2. 0%的鈣 元素然后進行壓鑄。其不足在于 一方面添加鈣之后合金的室溫和高溫力學性能 降低，另一方面，由于鈣很容易被氧化，還存在著加鈣不易的缺點，這些限制了 Mg-Zn-Al系列合金在汽車工業(yè)的廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金 及其制備方法，使其克服現(xiàn)有Mg-Zn-Al系列鎂合金高溫蠕變性能的不足，同時
保證合金的室溫和高溫力學性能不受影響。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金，包含的成分及重量百分比含量
為鋅6-10%，鋁3_7%，禮0.2-1.0°/。，雜質(zhì)元素Fe<0. 005%， Cu<0. 015%, Ni<0. 002%,其余為鎂。
本發(fā)明以Mg- (6-10%) Zn- (3-7%) Al為基體，通過添加釓來強化鎂合金 由于釓溶入a-Mg中，形成固溶體，具有較強的固溶強化作用；而且添加釓能夠 細化晶粒，提高合金的強度和塑性，此外還能在晶界偏聚增加位錯密度，加大晶 格畸變而強化晶界；并且釓能夠明顯的細化Mg-Zn-Al合金中的晶界析出相，使 網(wǎng)狀的組織離散化和細化，這樣能有效的定扎位錯，并阻止晶界的運動，從而可 有效地提高合金的力學性能和蠕變性能。
本發(fā)明所涉及的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，具體如下首先將純
鎂、純鋅、純鋁和Mg-25y。Gd預熱到20(TC，然后將純鎂放入到有氣體保護的熔 爐中熔化，待鎂錠完全熔化后立即加入純鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化后撇去 表面浮渣，之后繼續(xù)升溫，在730°C-74(TC加入Mg-25%Gd中間合金，完全熔化 后撇去表面浮渣，然后攪拌以使成分均勻，調(diào)整爐溫，在745'C-755'C進行精煉、 攪拌，然后靜置，最后將合金液溫度下調(diào)至68(rC-70(TC時撇去表面浮渣進行壓 鑄。
所述完全熔化后撇去表面浮渣然后攪拌，其中攪拌時間為2分鐘。 所述進行精煉、攪拌，其中攪拌時間為2分鐘-4分鐘。 所述靜置，其時間為30分鐘。
所述有氣體保護，是指有N2和SFe混合氣體保護，其中SF6的體積為混合氣 體的0. 2%。
本發(fā)明生產(chǎn)效率高，而且由于添加的重稀土元素釓的含量比較少，成本比較 低廉，而且合金的室溫抗拉強度、屈服強度、延伸率和蠕變性能得到了明顯的提 高。與Mg-Zn-Al系列合金相比，Mg-Zn-Al合金的組織的顯微組織是由a _Mg和 第二相組成的，且第二相基本上是呈網(wǎng)狀分布的，在添加鈣元素之后，晶粒僅得 以輕微的細化，同時第二相主要還是呈網(wǎng)狀分布，而在本發(fā)明的含釓的耐熱高鋅 鎂合金中，不僅晶粒得以細化，同時呈連續(xù)網(wǎng)狀分布的第二相明顯離散化，主要 由一些彌散化的小顆粒組成，室溫強度得到明顯的提高，同時由于這些晶界小顆
粒對位錯的定扎作用，合金的蠕變性能也得到了明顯的提高。以Mg-8。/。Zn—5yoAl 合金為例，不添加鈣和釓時，合金的室溫抗拉強度，屈服強度和延伸率分別為 232Mpa， 155MPa和60/。，在150°C、 35MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 6%，在 合金中添加0.6y。的Ca之后，雖然合金在150。C、 35MPa條件下，100小時的蠕變 量銳減至O. 14%，但是合金的室溫力學性能卻有所降低，抗拉強度，屈服強度和 延伸率分別為219Mpa，固pa， 5%，而如果添加0. 4%的Gd之后，抗拉強度、屈 服強度、延伸率分別為246MPa， 170MPa， 7%，且在150°C、 35MPa條件下，100 小時的蠕變量為0. 08%，同時即使在175。C、45MPa條件下，Mg_8%Zn—5%Al-0. 4%Gd 合金100小時的蠕變量為0.12%，可以看出，添加釓元素之后合金的抗蠕變性能 得到明顯的提高，同時合金的力學性能不僅沒有降低，反而也得到了明顯的提高。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。
實施例l:
合金成分(重量百分比)8%Zn、 5%A1、 0.4%Gd、雜質(zhì)元素總量小于0.02%， 其余為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合 金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，同時采用N2和SFs混合氣體保護；(2)待鎂 完全熔化后，在68(TC加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅；(3)繼續(xù)升溫，在73(TC加入 Mg-25%Gd中間合金，待合金元素全部熔化后，用工具攪拌合金液2分鐘使成分 均勻；(4)將溫度下調(diào)，在755。C進行精煉，攪拌3分鐘，然后靜置30分鐘； (5)然后將溫度下調(diào)至68(TC，撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到246MPa， 170MPa， 7%，且在175。C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 12%。
實施例2:
合金成分(重量百分比)6%Zn、 3%A1、 1.0%Gd、雜質(zhì)元素小于0.02%，其 余為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的制備工藝具體步驟為(1)按照上述成分配置合
金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，同時釆用隊和SFe混合氣體保護；(2)待鎂
完全熔化后，在68(TC加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅；(3)繼續(xù)升溫，在溫度達到735 °。時加入Mg-25%Gd中間合金，中間合金全部熔化后，用工具攪拌合金液2分鐘 使成分均勻；(4)將溫度下調(diào)，在750。C時進行精煉，攪拌2分鐘，然后靜置30 分鐘；(5)然后將溫度下調(diào)至69(TC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到244MPa， 173MPa， 9%，且在175。C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 11%
實施例3:
合金成分(重量百分比):9.8%Zn、 6.8%A1、 0. 5%Gd、雜質(zhì)元素小于0. 02%， 其余為Mg。
該含釓的耐熱高鋅鎂合金的制備工藝具體步驟為:(l)按照上述成分配置合 金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂，同時采用&和SFe混合氣體保護；(2)待純 鎂完全熔化后，在68(TC加入工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅；(3)繼續(xù)升溫，在74(TC加入 Mg-25%Gd中間合金，待合金元素全部熔化后，用工具攪拌合金液2分鐘使成分 均勻；(4)將溫度下調(diào)至745'C，然后進行精煉，攪拌4分鐘，然后靜置30分 鐘；(5)然后將溫度下調(diào)至70(TC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
本實施例的合金常溫抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到248MPa， 171MPa， 8%，且在175°C、 45MPa條件下，100小時的蠕變量為0. 1%。
權(quán)利要求
1、一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金，其特征在于，包含的成分及重量百分比含量為鋅6-10％，鋁3-7％，釓0.2-1.0％，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為鎂。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征 在于首先將純鎂、純鋅、純鋁和Mg-25y。Gd預熱到200'C;然后將純鎂放入到有氣體保護的熔爐中熔化，待鎂錠完全熔化后立即加入純 鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化后撇去表面浮渣，之后繼續(xù)升溫，在73(TC-740 。C加入Mg-25%Gd中間合金，完全熔化后撇去表面浮渣，再攪拌以使成分均勻， 調(diào)整爐溫，在745'C-755r進行精煉、攪拌，然后靜置；最后將合金液溫度下調(diào)至68(TC-70(rC時撇去表面浮渣進行壓鑄。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征是， 所述完全熔化后撇去表面浮渣然后攪拌，其中攪拌時間為2分鐘。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征是， 所述進行精煉、攪拌，其中攪拌時間為2分鐘-4分鐘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征是， 所述靜置，其時間為30分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征是， 所述有氣體保護，是指有N2和SFe混合氣體保護。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金的制備方法，其特征是， 所述&和SFe混合氣體，其中SF6的體積為混合氣體的0. 2%。
全文摘要
一種含釓壓鑄耐熱高鋅鎂合金及其制備方法，用于金屬材料領域。合金成分及其重量百分比為鋅6-10％，鋁3-7％，釓0.2-2.0％，雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％，其余為鎂。將純鎂、純鋅、純鋁和Mg-25％Gd預熱，然后將純鎂放入到有氣體保護的熔爐中熔化，待鎂錠完全熔化后立即加入純鋅和純鋁，純鋅和純鋁完全熔化后撇去表面浮渣，繼續(xù)升溫，加入Mg-25％Gd中間合金，完全熔化后撇去表面浮渣，然后攪拌，調(diào)整爐溫，精煉、攪拌，然后靜置，最后將合金液溫度下調(diào)撇去表面浮渣進行壓鑄。本發(fā)明成本比較低廉，生產(chǎn)效率高，提高了合金的室溫和高溫力學性能、合金的蠕變性能。
文檔編號C22C23/00GK101177751SQ20071017076
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者王渠東, 江 鄭, 金正力 申請人:上海交通大學