[发明专利]砂型铸造稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种砂型铸造镁稀土合金及其制备方法，所述镁合金的组分及其质量百分比为：8.0～14.0wt.％Gd，0.01～0.85wt.％Zn，0.3～0.7wt.％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.2wt.％，余量为Mg。对熔铸得到砂型铸造镁稀土合金进行480～530℃×8～16小时的固溶处理，淬水(25～80℃)后进行200～225℃×16～128小时的单级时效处理，可以得到力学性能优良的镁合金。本发明通过少量的Zn元素代替Y元素，有效的降低了合金熔铸过程中的氧化倾向，减少了氧化皮类铸造缺陷的发生概率；同时，通过激活室温变形时非基面滑移系和形成Mg‑Gd‑Zn基面析出相，在不降低合金强度的情况下显著的提高了材料的室温塑性。

技术领域

本发明涉及一种砂型铸造稀土镁合金及其制备方法，属于金属结构材料技术领域。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度、比刚度高，减震性好等优点，广泛应用于航空航天、交通、3C领域等。Mg-Gd-Y系由于具有良好室温强度和耐热性能，近年来在航空航天领域获得了广泛的应用，如2016版的国家标准中的VW103Z合金：Mg-10Gd-3Y-Zr(wt.％)合金。但这类合金在熔铸过程中容易形成氧化皮，氧化皮的存在显著降低了VW103Z合金铸件的力学性能和锻件的成品率，严重限制了Mg-Gd-Y合金的广泛应用。这类合金包括，《高强度耐热镁合金及其制备方法》(专利号：CN200510025251.6)公开的：Mg-(6～15)Gd-(1～6)Y-(0.35～0.8)Zr-(0～1.5)Ca镁稀土合金，《高强耐热稀土镁合金》(专利号：CN200610031169.9)公开的：Mg-(2～10)Gd-(3～12)Y镁稀土合金，《一种镁合金及其制备方法》(专利号：CN200610144003.8)公开的：Mg-(7～11)Gd-(2～5)Y-(0～1.0)Zn-(0.3～0.6)Zr镁稀土合金等。这些合金中都含有稀土元素Y，Y元素在铸造成型过程中容易富集在镁合金熔体表面，形成富Y的氧化层，熔铸过程中一旦出现两股镁合金熔体交汇，就会将富Y的氧化层卷入到铸件中形成氧化物夹杂。这类氧化皮缺陷是Mg-Gd-Y系合金铸件和锻件的成品率较低的主要原因之一，也是含Y镁合金WE43(Mg-4Y-2Nd-1RE,wt.％)、WE54铸造成品率低下的主要原因之一。

除了容易形成氧化皮之外，Mg-Gd-Y系合金塑性较低是其应用受限的另外一个主要原因。VW103Z镁稀土合金铸件的室温延伸率在2.5～3.0％之间，满足不了高品质镁合金部件对塑性的要求。

发明内容

针对上述Mg-Gd-Y-Zr镁稀土合金的两个主要问题，本发明通过少量的Zn元素代替Y元素实现在不降低合金强度的情况下，提高材料的塑性，降低其铸造过程中氧化皮生成倾向。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种砂型铸造稀土镁合金，其包含按重量百分数计的如下组分：

Gd：8.0～14.0％，

Zn：0.01～0.85％，

Zr：0.3～0.7％，

余量为镁和不可避免的杂质，所述杂质的重量百分数总和不超过0.2％。

本发明采用Gd(钆)为第一组分，研究表明，当Gd8％时，材料的强度较低；当Gd14％时，材料的塑性较低。根据实验研究结果，Gd元素的含量为8～14wt.％。