[发明专利]一种热处理强化的高强镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，尤其涉及一种热处理强化的高强镁合金，本发明还涉及该高强镁合金的制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的实用金属材料，其具有高的比强度和比刚度，很好的抗磁性，高的电负性和导热性，良好的抗震吸震能力以及优良的切削加工，易回收再利用，加之资源丰富，已成为汽车、3C产业、航空工业等领域的首选材料。随着镁合金应用领域的扩大，镁合金的研究和开发也进入了新时代。但是，镁合金的抗拉强度和屈服强度一般低于300MPa和200MPa。此外，高温性能差也是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一。工业纯镁的力学性能较差，经常不作为结构材料直接用，而是通过形变硬化、晶粒细化、合金化、热处理强化、镁基复合等多种方法或这些方法的综合运用，来使镁的力学性能大幅度改善。在这些方法中镁的合金化是实际中最基本、最常用和最有效的强化途径，而合金元素的选择以及热处理工艺又是强化的关键。所以通过向合金中加入一定量的微量元素并通过热处理工艺获得成分均匀、组织细小，性能优异和综合力学性良好的镁合金成为镁合金领域的重要研究方向。

为了提高镁合金的强度和耐热性，在合金元素的选择上都以添加大量的稀土元素并通过复杂的工艺获得高强度镁合金。王渠东公开的专利《含稀土高强度耐热镁合金及其制备方法》(申请号：200910045405.6，公开号：CN101463441A，公开日：2009.6.24)其制备的高强耐热镁合金的成分为3％≤Y≤16％，0％≤Gd≤10％，0％≤Ca≤5％，0.1％≤Zr≤1.5％，余量为Mg及其它。经热处理后，其300℃时的瞬时极限抗拉强度为262MPa。张磊，董选普，李继强共同发表的《Mg-15Gd-3Y挤压合金的时效强化》(中国有色金属学报，2010，20(4)：600-605)通过对Mg-15Gd-3Y合金挤压时效后其室温抗拉强度达到446.67MPa。肖阳，张新明，陈健美共同发表的《高强耐热Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的性能》(中南大学学报，2006，37(5)：851-855)所制备的Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金室温抗拉强度为370MPa。但是上述公开的专利和文献中所涉及的高强耐热镁合金均采用较高含量的稀土元素，稀土元素不仅价格昂贵，而且比重大，通过添加高稀土含量制备高强耐热镁合金将导致合金的成本大幅提高。

张济仙公开的专利《一种高强韧镁合金的制备方法》(申请号：200810112215.7，公开号：CN101279361A，公开日：2008.10.8)采用气体保护喷射沉积成型技术制备的高强镁合金室温抗拉强度达到435MPa。但其喷射沉积设备昂贵，制备工艺复杂，工业化困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种热处理强化的高强镁合金，克服了现有镁合金稀土添加量高，制备工艺复杂而导致的成本高昂的问题。

本发明的技术方案为，一种热处理强化的高强镁合金，按照质量百分比，由以下各组分组成：Gd：3-8％，Y：1-6％，Zn：0.5-3.5％，Mn：0.5-2.5％，Zr≤1.0％，其余为Mg，以上各组份质量百分比总和为100％。

本发明特点还在于，

组分组成中Gd与Y的质量百分比总和不大于总质量分数的10％。

本发明还提供上述镁合金的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1，分别取事先钻好孔的镁锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、工业纯Zn锭、Mn粉和Mg-Zr中间合金，使各物质间质量关系满足以下质量百分比：Gd：3-8％，Y：1-6％，Zn：0.5-3.5％，Mn：0.5-2.5％，Zr≤1.0％，其余为Mg，且组分组成中Gd与Y的质量百分比总和不大于总质量分数的10％；

步骤2，将步骤1称取好的Mn粉置于镁锭上事先钻好的孔中，在镁锭上撒上熔剂，并一同放入井式电阻炉中熔化，并使镁液温度升至720-750℃，再加入Mg-Y和Mg-Gd中间合金机械搅拌15分钟，然后将金属液温度升至785-800℃，加入Mg-Zr中间合金，并机械搅拌10-15分钟，最后将金属液降温至720-740℃，加入工业纯Zn锭并机械搅拌10分钟，然后将合金液温度升至745-785℃进行精炼处理，再将温度调整至750-760℃，浇入经预热的底注式金属型中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2得到的镁合金铸锭在450-520℃保温6-18小时，然后在空气中进行冷却，之后在220-300℃保温6-24小时时效处理，最后再挤压制成棒材。

其中步骤1中Mn粉粒径为50-200目。