[发明专利]一种高强韧镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金制备领域，具体指一种高强韧镁合金及该合金的制备方法。

背景技术

镁合金具有高的比强度、比刚度以及良好的减震性、导热性和可回收性，因此被誉为21世纪的“绿色”工程材料。

镁合金由于室温、高温强度低、变形能力差限制了它大规模的工业应用。在镁合金的牌号中，Mg-Al系是应用最为广泛的一类合金，其中AZ81镁合金以其性能适中，价格较低等优点应用最广。然而，AZ81镁合金本身存在许多固有缺点限制了它的使用。首先，这种镁合金凝固温度范围较宽，晶粒有粗化的倾向。其次，凝固过程中粗大的β-Mg17Al12相以离异共晶的方式呈网状沿晶界析出，导致合金力学性能变差。同时，当工作温度超过120℃时，晶界上网状的Mg17Al12化合物易软化和粗化，使合金的力学性能大幅下降。这大大限制了AZ81镁合金在汽车、飞机等关键结构部件和耐热零部件方面的应用。

合金化是提高镁合金性能的一种方法，特别是向合金中添加稀土元素。稀土元素具有净化合金、改善组织，提高合金高温力学性能和增强合金耐蚀性等作用。由于稀土具有较高的热力学稳定性和高温稳定性，在镁合金中加入稀土元素可以明显改善合金的高温力学性能。已有的研究表明，在Mg-Al系合金中加入RE，可进一步改善Mg-Al合金的高温性能和抗蠕变性能。这是因为RE与Al结合生成RE-Al化合物，减少了Al形成低熔点的β相的数量。RE-Al化合物具有高熔点，并且在α-Mg中的扩散速度慢，因此具有很高的热稳定性。同时，RE元素加入镁合金中能起到细化晶粒的作用。稀土元素Gd是重稀土元素，根据相图可知，稀土元素Gd与Al形成化合物Al3Gd和Al2Gd，其熔点分别为1125℃，1525℃。从理论上看，这些高熔点化合物的存在能提高AZ81镁合金高温性能和室温性能。

因此，开发含稀土AZ81-xGd高强韧镁合金材料，对我国实现镁合金产业化具有重要意义。

发明内容

本发明的提供一种高强韧镁合金及其制备方法，该高强韧镁合金与目前常用的AZ81镁合金相比其力学性能大大提高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强韧镁合金，其特征在于：所述镁合金由以下组分按质量百分比组成：7～8%Al，0.7～1%Zn，4.1～6.9%Gd，杂质元素Mn<0.12%，其余为Mg。

该高强韧镁合金是由为原料熔炼而成。

一种高强韧镁合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）将AZ91镁合金、工业纯铝、工业纯锌和Mg-20.02%Gd中间合金分别置于坩埚中预热；

（2）将井式电阻炉升温到700-720℃，把装有预热后的AZ91镁合金、工业纯铝、工业纯锌的坩埚放入炉中，然后通入N₂+0.1%SF₆（体积百分比）混合气体，待上述炉料全部熔化后再向坩埚中的合金熔液中加入Mg-20.02%Gd中间合金；

（3）当井式电阻炉升温至700-720℃，固料全部熔化后，搅拌合金熔液1-2分钟使其均匀混合，然后清除合金熔液中的熔渣；

（4）最后，井式电阻炉升温至750-760℃，保温静置10-15分钟；

（5）待合金熔液降至浇注温度700-720℃时，将坩埚从井式电阻炉中提出，直接浇入金属模具，得到铸态合金；

（6）将铸态合金进行热处理即可得到高强韧镁合金。

步骤（1）中所述的预热温度为120～130℃。

步骤（5）所述的浇铸模具需预热，预热温度为200-210℃，在预热后的模具表面涂一薄层ZnO。

步骤（5）所述的浇铸时应从直浇口往铸型内通入防护性气体0.5-1分钟，并用石棉板盖上冒口；同时，在浇杯下放置一块可挡住氧化夹渣的过滤网，浇注时往液流处连续输送防护性气体进行保护。

步骤（6）所述的热处理是对铸态合金依次进行的固溶处理和时效处理；

所述固溶处理的步骤为：将箱式电阻炉升温到410-420℃，把样品放到箱式电阻炉中间的位置，在样品下面铺上一层防止氧化的FeS粉末，然后把炉温升温至415℃后使其恒温，保温20小时，到时间后把样品取出直接放到水中冷却。

所述时效处理的步骤为：将箱式电阻炉升温到170-180℃，把样品放到箱式电阻炉中间的位置，在样品下面铺上一层防止氧化的FeS粉末，然后把炉温升温至168℃后使其恒温，保温16小时。到时间后把样品取出放到空气中冷却。

优点及效果：