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一種高性能耐熱鑄造鎂合金及其砂型鑄件的鑄造方法

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一種高性能耐熱鑄造鎂合金及其砂型鑄件的鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金,具體是一種高性能耐熱鑄造鎂合金及其砂型鑄件的鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有低密度、高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn),在航空航天和各大工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過(guò)向鎂合金中添加稀土元素,并采用傳統(tǒng)的加Zr法進(jìn)行晶粒細(xì)化,可實(shí)現(xiàn)鎂合金耐熱性能的提高,目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了一系列的稀土耐熱鎂合金,如WE54、WE43、QE22A、GW103等。其中GW103K合金具有最高的強(qiáng)度和耐熱性能,適合進(jìn)行壓力金屬型鑄造。
[0003]然而,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn),采用稀土耐熱鎂合金制造大型復(fù)雜鑄件時(shí),受鑄造工藝的局限,只能進(jìn)行砂型鑄造,鑄件冷卻速度顯著低于金屬型鑄造,加Zr對(duì)合金晶粒細(xì)化的作用顯著降低,造成鑄件晶粒粗大。同時(shí),由于稀土含量較高,鑄件本體存在較大的脆性,性能相對(duì)金屬型鑄造也嚴(yán)重降低,對(duì)稀土耐熱鎂合金在大型復(fù)雜鑄件上的工程應(yīng)用極為不利。因此,如何解決稀土鎂合金在砂型鑄造條件下的脆性問(wèn)題,是提高其工程應(yīng)用水平的關(guān)鍵。
[0004]目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類(lèi)似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道,也尚未搜索到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種稀土耐熱鎂合金及其砂型鑄件的制造方法;所述稀土耐熱鎂合金添加Gd、Y兩種稀土元素的含量相對(duì)較低,解決了時(shí)效態(tài)條件下合金的脆性問(wèn)題;同時(shí)通過(guò)添加微量Ca、Sr元素,改善加Zr法的晶粒細(xì)化作用。對(duì)選定成分的合金進(jìn)行熔煉、澆注、熱處理等加工,可實(shí)現(xiàn)砂型鑄件本體性能的顯著提高。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]第一方面,本發(fā)明提供一種高性能耐熱鑄造鎂合金,包含組分及重量百分比為:Gd5.5 ?8.5%,Y 2.0 ?4.5%,Ca 0.05 ?0.3%,Sr 0.05 ?0.3%,Zr 0.4 ?1.0%,Mg 為余量。
[0008]第二方面,本發(fā)明提供一種所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,所述鑄造方法具體包括如下步驟:
[0009]預(yù)處理:按權(quán)利要求1所述重量百分比稱(chēng)取金屬材料,預(yù)熱;
[0010]熔煉澆注:將預(yù)處理后的金屬材料熔煉,均勻混合;經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注,得鑄件;
[0011]熱處理:對(duì)所述鑄件進(jìn)行固溶處理、冷卻,時(shí)效處理、冷卻,即得高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件。
[0012]優(yōu)選地,預(yù)處理的步驟中,所述預(yù)熱的溫度為200°C,時(shí)間為8小時(shí)。
[0013]優(yōu)選地,熔煉澆注的步驟中,所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF。
[0014]優(yōu)選地,熔煉澆注的步驟中,所述精煉采用的精煉劑為RJ6。
[0015]優(yōu)選地,熔煉澆注的步驟中,所述澆注的溫度為730°C?740°C。
[0016]優(yōu)選地,熱處理的步驟中,所述固溶處理的條件為500?510°C下10?12小時(shí)。
[0017]優(yōu)選地,熱處理的步驟中,所述時(shí)效處理的條件為180?250°C下10?50小時(shí)。
[0018]優(yōu)選地,熱處理的步驟中,所述冷卻具體是指在空氣中自然冷卻。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,采用本發(fā)明稀土耐熱鎂合金制造的砂型鑄件除在150°C—250°C下仍然保持有良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變等綜合性能之外,還在室溫條件下具有良好的綜合力學(xué)性能,適合大型復(fù)雜主承力輕質(zhì)構(gòu)件的制造。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例列舉的合金成分。
[0021]實(shí)施例1
[0022]熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-5.5% Gd-2.0% Y~0.05% Ca-0.05% Sr-0.4% Zr的高性能耐熱鑄造鎂合金,包括以下步驟:
[0023]配制原料步驟:按質(zhì)量百分比稱(chēng)取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Ca中間合金、Mg-Zr中間合金、Mg-Sr中間合金。所有原材料在200 °C預(yù)熱,保溫時(shí)間8小時(shí)。
[0024]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理,使各合金成分均勻混合、去除夾雜物,在740°C進(jìn)行澆注。
[0025]熱處理步驟:在500°C對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理,處理時(shí)間為12小時(shí),空冷;在1800C進(jìn)行時(shí)效處理,處理時(shí)間為50小時(shí)。
[0026]本實(shí)施例高性能耐熱鑄造鎂合金制造的砂型鑄件具備優(yōu)秀的室溫綜合力學(xué)性能,耐熱性能良好,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下280MPa,δ5彡 3%,200Γ下 σ 240MPa,25(TC下 σ 200MPa。
[0027]實(shí)施例2
[0028]熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-6.5% Gd-3.0% Y-0.1% Ca-0.1% Sr-0.6 % Zr的高性能耐熱鑄造鎂合金,包括以下步驟:
[0029]配制原料步驟:按質(zhì)量百分比稱(chēng)取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Ca中間合金、Mg-Zr中間合金、Mg-Sr中間合金。所有原材料在200 °C預(yù)熱,保溫時(shí)間8小時(shí)。
[0030]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理,使各合金成分均勻混合、去除夾雜物,在735°C進(jìn)行澆注。
[0031]熱處理步驟:在505°C對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理,處理時(shí)間為11小時(shí),空冷;在2000C進(jìn)行時(shí)效處理,處理時(shí)間為30小時(shí)。
[0032]本實(shí)施例高性能耐熱鑄造鎂合金制造的砂型鑄件具備優(yōu)秀的室溫綜合力學(xué)性能,耐熱性能良好,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下300MPa,δ5彡 3%,200Γ下 σ 260MPa,25(TC下 σ 220MPa。
[0033]實(shí)施例3
[0034]熔煉澆注制備質(zhì)量百分比為Mg-8.5%Gd-4.5% Υ_0.3% Ca-0.3% Sr-1.0% Zr 的高性能耐熱鑄造鎂合金,合金制備包括以下步驟:
[0035]配制原料步驟:按質(zhì)量百分比稱(chēng)取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Ca中間合金、Mg-Zr中間合金、Mg-Sr中間合金。所有原材料在200 °C預(yù)熱,保溫時(shí)間8小時(shí)。
[0036]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理,使各合金成分均勻混合、去除夾雜物,在730°C進(jìn)行澆注。
[0037]熱處理步驟:在510°C對(duì)鑄件進(jìn)行固溶處理,處理時(shí)間為10小時(shí),空冷;在250°C進(jìn)行時(shí)效處理,處理時(shí)間為10小時(shí)。
[0038]本實(shí)施例高性能耐熱鑄造鎂合金制造的砂型鑄件具備良好的室溫綜合力學(xué)性能,耐熱性能優(yōu)秀,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下320MPa,δ5彡 2%,200Γ下 σ 260MPa,25(TC下 σ 240MPa。
[0039]對(duì)比例I
[0040]本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例,本實(shí)施例涉及一種高性能耐熱鑄造鎂合金;與實(shí)施例I不同之處僅在于所述耐熱鑄造鎂合金不含Ca、Sr ;
[0041]本對(duì)比例鎂合金制造的砂型鑄件的性能檢測(cè)如下:
[0042]耐熱性能一般,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下抗拉強(qiáng)度σ 260MPa,斷后伸長(zhǎng)率 δ 2%,200°C下 σ 200MPa,250°C下 σ 180MPa。
[0043]對(duì)比例2
[0044]本對(duì)比例是實(shí)施例2的對(duì)比例,本實(shí)施例涉及一種高性能耐熱鑄造鎂合金;與實(shí)施例2不同之處僅在于所述耐熱鑄造鎂合金固溶處理的條件為400°C下20小時(shí);時(shí)效處理的條件為300 °C下4小時(shí);
[0045]本對(duì)比例鎂合金制造的砂型鑄件的性能檢測(cè)如下:
[0046]耐熱性能一般,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下抗拉強(qiáng)度σ 220MPa,斷后伸長(zhǎng)率 δ 1%,200°C下 σ 200MPa,250°C下 σ 160MPa。
[0047]對(duì)比例3
[0048]本對(duì)比例是實(shí)施例3的對(duì)比例,本實(shí)施例涉及一種高性能耐熱鑄造鎂合金;與實(shí)施例3不同之處僅在于所述耐熱鑄造鎂合金的Gd含量超過(guò)了 8.5%,達(dá)到10%。
[0049]本對(duì)比例鎂合金制造的砂型鑄件的性能檢測(cè)如下:
[0050]耐熱性能優(yōu)秀,但室溫綜合力學(xué)性能差,無(wú)鑄造缺陷的鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達(dá)到:室溫下抗拉強(qiáng)度σ b>280MPa,斷后伸長(zhǎng)率δ 5彡0.5%,200°C下σ b彡260MPa,250°CT 240MPa。
[0051]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改,這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能耐熱鑄造鎂合金,其特征在于,包含組分及重量百分比為:Gd 5.5?8.5%, Y 2.0 ?4.5%,Ca 0.05 ?0.3%,Sr 0.05 ?0.3%,Zr 0.4 ?1.0%,Mg 為余量。2.一種權(quán)利要求1所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,所述鑄造方法具體包括如下步驟: 預(yù)處理:按權(quán)利要求1所述重量百分比稱(chēng)取金屬材料,預(yù)熱; 熔煉澆注:將預(yù)處理后的金屬材料熔煉,均勻混合;經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注,得鑄件; 熱處理:對(duì)所述鑄件進(jìn)行固溶處理、冷卻,時(shí)效處理、冷卻,即得高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,預(yù)處理的步驟中,所述預(yù)熱的溫度為200°C,時(shí)間為8小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熔煉澆注的步驟中,所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熔煉澆注的步驟中,所述精煉采用的精煉劑為RJ6。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熔煉澆注的步驟中,所述澆注的溫度為7300C?7400C。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熱處理的步驟中,所述固溶處理的條件為500?510°C下10?12小時(shí)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熱處理的步驟中,所述時(shí)效處理的條件為180?250°C下10?50小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法,其特征在于,熱處理的步驟中,所述冷卻具體是指在空氣中自然冷卻。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于鑄造有色合金技術(shù)領(lǐng)域,公開(kāi)了一種高性能耐熱鑄造鎂合金及其砂型鑄件的鑄造方法;所述鎂合金中各組分及其重量百分比含量為:Gd?5.5~8.5%,Y?2.0~4.5%,Ca?0.05~0.3%,Sr?0.05~0.3%,Zr?0.4~1.0%,Mg為余量。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明耐熱鎂合金制造的砂型鑄件除在150~250℃下仍然保持有良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變等綜合性能之外,還在室溫條件下具有良好的綜合力學(xué)性能,適合大型復(fù)雜主承力輕質(zhì)構(gòu)件的制造。
【IPC分類(lèi)】C22C23/06, C22F1/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105200293
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510708553
【發(fā)明人】肖旅, 李中權(quán), 鄒文兵, 劉穎卓, 何凱, 余國(guó)康, 李寶輝, 金誠(chéng), 別亞星
【申請(qǐng)人】上海航天精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日
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