[发明专利]一种低成本高性能稀土镁合金及其制备方法

说明书

一种低成本高性能稀土镁合金及其制备方法，属于合金技术领域。对主要含有高固溶度元素(Gd，Y和Nd等)的稀土镁合金，添加Zn和Ca等合金元素引入基面LPSO相和基面γ’相，采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+T6峰值时效热处理或者采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+热挤压+T5峰值时效热处理或者采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+热挤压+热轧制+T5峰值时效热处理等制备工艺，促进β’相析出，在保证降低合金成本的前提下，提高合金力学性能，解决稀土镁合金高成本与高性能倒置的共性问题。

技术领域

本发明涉及一种低成本高性能稀土镁合金及其制备方法，特别涉及一种稀土总含量低于6wt％的高性能镁合金及其制备方法。利用所涉及的制备方法，该合金T6热处理态屈服强度高于210MPa，抗拉强度高于320MPa,延伸率高于5％，T5热处理态屈服强度高于300MPa，抗拉强度高于340MPa，延伸率高于9％。本发明涉及内容属于合金技术领域。

背景技术

近年来，随着能源供应日趋严峻，环保要求不断提高，人们对高性能结构减重材料的需求更加紧迫。镁合金是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三代金属结构材料。镁合金的密度为1.75～1.90g/cm³，仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4，是重量最轻的结构用金属材料。与其他金属结构材料相比，镁合金还具有比强度和比刚度高，减震性、电磁屏蔽性和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等优点。因此，在汽车制造，航空航天工业领域以及电子3C等领域具有广阔的应用前景。

目前，工业领域主要应用的是铸造镁合金，典型的有AZ系列和AM系列镁合金。然而，这些镁合金绝对强度较低，特别是中高温度力学性能差的劣势也限制了其更广泛的实际应用。鉴于此，人们在镁合金中添加了稀土元素，利用固溶强化，弥散强化和析出强化机制等手段提高合金力学性能，并成功开发出了WE系列耐热高性能稀土镁合金。这些镁合金已经应用制备汽车变速箱壳体，离合器壳体，航空发动机零部件，飞机壁板等结构件。此后，人们在镁合金中同时添加重稀土元素，如Gd和Y等，和Zn元素，并提高稀土元素含量，成功开发出含有长程有序堆垛LPSO相的Mg-Gd-Y-Zn-Zr和Mg-Y/Gd-Zn-Zr系列镁合金。经过热变形复合时效处理，该系列镁合金屈服强度和抗拉强度均可以达到500MPa。然而，该系列镁合金仍然具有一定的劣势，如韧性较差，一般不超过5％；稀土含量过高，一般大于10wt％,因此导致成本提高。这些劣势限制了其在工业中的广泛应用。因此，如何在保持稀土镁合金较高力学性能的情况下，降低合金成本成为一个现实的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有稀土镁合金强度高而韧性差，稀土总含量高，成本过高，以至难以实现大批量生产等问题，提供一种低成本高性能稀土镁合金及其制备方法。本发明通过限定稀土总含量低于或等于6wt％，对主要含有高固溶度元素(Gd，Y和Nd等)的稀土镁合金，添加Zn和Ca等合金元素引入基面LPSO相和基面γ’相，采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+T6峰值时效热处理或者采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+热挤压+T5峰值时效热处理或者采用重力铸造+T4固溶处理复合风冷或水冷等冷却方式+热挤压+热轧制+T5峰值时效热处理等制备工艺，促进β’相析出，在保证降低合金成本的前提下，提高合金力学性能，解决稀土镁合金高成本与高性能倒置的共性问题。

本发明的技术方案是：

一种低成本高性能稀土镁合金，其特征在于，合金成分包括：0.1wt％～2wt％的Nd，0.1wt％～3wt％的Gd，2wt％～4wt％的Y，0wt％～2wt％的Zn，0wt％～1wt％的Ca，0.2wt％～0.7wt％的Zr，余量的镁及不可避免的杂质，且Y、Gd和Nd稀土总含量小于等于6wt％；所述的低成本高性能稀土镁合金为Mg-Y-Gd-Nd-Zr，Mg-Y-Gd-Nd-Zn-Zr或Mg-Y-Gd-Nd-Zn-Ca-Zr。

上述低成本高性能稀土镁合金的制备方法，包括以下几种方法：