[发明专利]一种耐热稀土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技术领域，具体涉及一种耐热稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁是最轻的金属结构材料，在汽车上应用日益增多。汽车每减重100Kg，每百公里节油0.5L，同时减少尾气排放，因此进行镁合金的研究开发对于节约能源、抑制环境污染有着重要意义。但是，镁合金的强度和耐热性不佳严重阻碍其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用，因此提高镁合金的强度和耐热性是发展镁合金材料的重要课题。

现有的耐热镁合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在镁基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高镁合金高温强度和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土（RE）是提高镁合金耐热性能最有效的合金元素，稀土元素在镁合金中除了具有除气、除杂、提高铸造流动性、耐蚀性能的功能以外，大部分稀土元素在镁中具有较大的固溶度极限；并且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物相；稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界（主要是晶界）的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了镁合金的高温强度，同时稀土（RE）元素在镁基体中的扩散速率较慢，这使得Mg-RE合金适于在较高温度环境下长期工作。Mg-RE（如Mg-Gd系）合金是重要的耐热合金系，具有较高的高温强度和优良的蠕变性能。目前于200～250℃条件下长期工作的镁合金零部件均为Mg-RE系合金，由于其特殊的价电子结构及在镁合金中的显著的强化效果，使Mg-RE系成为发展高强度耐热镁合金的一个重要合金系。

现有技术中，专利CN101532106B公开了一种耐热铸造稀土镁合金，组分及其重量百分比为：7～14%Gd、2～5%Y、0.3～5%Sm、0.2～0.6%Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02%，余量为Mg，该镁合金具有反常温度效应，在较高温度具有很高的拉伸强度，满足航空航天器件在200～250℃抗拉强度均高于250MPa的要求，但是其所用稀土元素种类多、含量高，存在成本相对较高的问题，不能达到高温抗拉伸强度与成本两者兼顾。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐热稀土镁合金，在保持高温抗拉伸强度的同时，具有较低的成本。

本发明的另一个目的是提供一种耐热稀土镁合金的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐热稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：6%～15%Gd，0.4%～1.5%Sm，0.3%～1%Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.02%，余量为Mg。

所述Gd和Sm的质量百分比之和为7.5%～16.5%。

该耐热稀土镁合金是由镁和中间合金Mg-Gd、Mg-Sm、Mg-Zr为原料熔炼而成。

一种耐热稀土镁合金的制备方法，包括下列步骤：

1）将镁、中间合金Mg-Gd、Mg-Sm和Mg-Zr预热；

2）将镁在CO₂+SF₆混合气体保护下熔化，于720～740℃加入中间合金Mg-Gd、Mg-Sm，将温度升至750～780℃加入中间合金Mg-Zr；

3）当中间合金Mg-Zr熔化后，去除表面浮渣，将温度升至770～780℃后保持10min得混合液；

4）待步骤3）所得混合液的温度降至690～730℃后进行浇铸，得铸态合金；

5）将步骤4）所得铸态合金进行热处理，即得所述耐热稀土镁合金。

步骤1）中所述预热温度为150～220℃。

步骤4）中浇铸时将浇铸模具预热至180～250℃。

步骤5）中所述热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理。

所述固溶处理的处理温度为490～540℃，处理时间为5～20小时。

所述时效处理的处理温度为180～250℃，处理时间为8～20小时。