[发明专利]一种高强高塑稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强高塑稀土镁合金及其制备方法。合金成分为Gd 7～10%，Y 0.01～3%，Nd 0.01～1.2%，Er 0.01～4%，Sm 0.01～1%，La 0.01～1%，Ce 0.01～1%，Zr 0.3～0.7%，且Gd、Y、Nd、Er、Sm、La、Ce的总含量≤15%，Sm、La、Ce的总含量≤1.5%；杂质元素Al≤0.02%，Cu≤0.05%，Fe≤0.05%，Ni≤0.02%，Si≤0.05%，且杂质总含量不超过0.1%，余量为Mg；制备方法包括合金熔铸和热处理，采用本发明所制备合金铸造‑T6态的室温抗拉强度超过350MPa，断后伸长率不低于5.0%。

技术领域

本发明涉及有色金属材料及加工，特别涉及一种高强高塑稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、阻尼减震性能好、电磁屏蔽性能好等优点，是当前工程应用中最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车及电子工业中具有重要的应用前景。近几十年来的研究表明，以稀土作为合金化元素可显著提高合金的室温及高温力学性能。例如，英国Magnesium Elektron公司开发了含Y元素和Nd元素的WE54和WE43合金，合金元素含量较高的WE54合金，其室温抗拉强度为280MPa，屈服强度为205MPa，断后伸长率为4.0%；我国也开发了含稀土的ZM6合金，在工程上获得了广泛的应用，其抗拉强度为225MPa，延伸率为3%。随着新一代飞行器速度和加速度的提升，对材料的强度和塑性提出了更高的要求，为适应这一迫切需求，近二十年来，以Gd、Y为主要合金元素，国内外相继开发了不同成分的Mg-Gd-Y系列合金，大大提升了合金的抗拉强度，但是，合金的塑性往往较差，综合性能难以满足工程领域对高强度高塑性镁合金材料的需求。

发明内容

为了克服现有技术高强度和高塑性难协同的问题，本发明提供一种基于多元少量思想设计的高强度高塑性稀土镁合金及其制备方法，制备方法采用分级热处理调控微观组织，所得合金可满足航空航天领域构件制造对高强度高塑性镁合金材料的需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高强高塑稀土镁合金，由如下按质量百分比计的成分组成：Gd 7.0～10.0%，Y 0.01～3.0%，Nd 0.01～1.2 %，Er 0.01～4.0%，Sm 0.01～1.0%，La 0.01～1.0%，Ce 0.01～1.0%，Zr 0.3～0.7%，且稀土元素Gd、Y、Nd、Er、Sm、La、Ce的总含量(质量分数)≤15.0%，Sm、La、Ce的总含量≤1.5%；杂质元素Al≤0.02%，Cu≤0.05%，Fe≤0.05%，Ni≤0.02%，Si≤0.05%，且杂质总含量不超过0.1%，余量为Mg。

上述的高强高塑稀土镁合金的制备方法，包括合金熔铸和热处理两部分，具体包括如下步骤：

(1) 合金熔铸；合金熔炼时，Mg元素以纯镁的形式加入，Gd、Y、Nd、Er、Sm、La、Ce和Zr元素分别以Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Er、Mg-Sm、Mg-La、Mg-Ce和Mg-Zr中间合金的形式加入，先将纯镁、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Er、Mg-Sm、Mg-La、Mg-Ce和Mg-Zr中间合金在100～200℃条件下预热、烘干备用；将烘干的Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Er、Mg-Sm、Mg-La、Mg-Ce中间合金和纯镁放入坩埚中，升温至740～760℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，升温至780～800℃，加入Mg-Zr中间合金，并进行精炼；熔体静置后调整温度至720～750℃，并将熔体浇入钢模，合金成分满足上述质量百分比的要求，整个熔铸过程采用保护性气体进行保护，得到铸锭；

(2) 合金热处理；合金热处理包含固溶处理和时效处理两部分：