[发明专利]Mg-Gd-Y-Zr系镁合金及其大型复杂铸件的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属结构材料领域的镁合金及其处理方法，具体地说，涉及是一种Mg-Gd-Y-Zr系镁合金及其大型复杂铸件的热处理方法。

背景技术

航空、航天和武器装备等由于特殊的工作环境，结构减重和结构承载与功能一体化是其发展的重要方向，镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、抗震性能优良和切削加工性能好等优点，是一种在航空航天和国防军事工业领域具有广阔应用前景的结构材料。大量采用镁合金制造航天器和武器装备零部件可达到最大的减重效果，将是未来航空航天和国防军事工业发展的重要方向，可达到最大的减重效果。随着航天器和武器装备的现代化程度越来越高，航天器和武器的功能也越来越复杂和完善，因而对镁合金的性能（室温和高温强度、耐热、耐蚀）提出了更高的要求，需要选用高稀土含量的镁合金材料，如高强耐热Mg-Gd-Y-Zr系稀土镁合金。

航天器和武器装备对零部件的机械性能要求通常较高，铸态的性能远远不能满足将镁合金扩大到更广泛领域的要求。目前航天器和武器装备上使用的镁合金类零部件通常要采用固溶强化和时效强化，T6热处理可实现上述强化效果，即在450-550℃高温下固溶一段时间后，进行水淬处理冷却至室温，再在100-250℃温度下时效处理一段时间，再进行水淬处理，经过T6热处理的镁合金零部件的成分和组织更加均匀，机械性能得到大幅度的提高，能够满足航空航天和国防军事工业的性能要求，从而使得在航天领域广泛的应用镁合金零部件成为可能。

经对现有技术的文献检索发现，高岩等在《Journal of Rare Earths》（稀土学报）2008年第26卷第2期298-302页上发表的Effects of heat treatments on microstructure and mechanical properties of Mg-15Gd-5Y-0.5Zr alloy（热处理对Mg-15Gd-5Y-0.5Zr合金微观组织和力学性能的影响）研究了各种热处理工艺对镁合金Mg-15Gd-5Y-0.5Zr微观组织和拉伸力学性能的影响，结果表明，经T6热处理（525℃固溶12小时，水淬处理冷却至室温，然后225℃时效24小时，再进行水淬处理。）后Mg-15Gd-5Y-0.5Zr合金的拉伸强度提高了12%。

目前航天领域使用的镁合金零部件结构简单，铸态下表面残余应力较小，不易开裂，采用常用的T6水淬热处理工艺得到的零部件收缩较均匀，不易引起变形或开裂。不过，镁合金若要在航天器和武器装备上大量使用就必须实现镁合金零部件由目前的结构简单件向结构复杂件跨越，而科研与生产实践过程中发现，采用常用的T6水淬热处理工艺（固溶和时效之后均水淬处理，水温最高达95℃）对Mg-Gd-Y-Zr系稀土镁合金成型的复杂框架结构铸件进行处理，铸件易出现开裂缺陷。因此，有必要探索一种既能避免铸件开裂，又具有较高力学性能的最优T6空冷热处理工艺，这对于Mg-Gd-Y-Zr系稀土镁合金在航空航天领域特别是武器装备上的推广和应用意义重大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种Mg-Gd-Y-Zr系镁合金及其大型复杂铸件的热处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种Mg-Gd-Y-Zr系镁合金，所述Mg-Gd-Y-Zr系镁合金包含如下重量百分比的各组分：

Gd        8.5～10%，

Y         2.5～3.5%，

Zr        0.4～0.6%，

杂质≤0.15%，

余量为Mg。

第二方面，本发明还涉及前述的Mg-Gd-Y-Zr系镁合金制备的大型复杂铸件的热处理方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，将大型复杂Mg-Gd-Y-Zr系镁合金铸件固溶，保温，在室温空气中冷却至室温；

步骤2，时效处理，保温，在室温空气中冷却至室温，即可。

优选地，步骤1中，所述固熔温度为500～550℃。

优选地，所述固熔温度为525℃。

优选地，步骤1中，所述保温时间为8～16小时。

优选地，所述保温时间为12小时。

优选地，步骤2中，所述时效处理具体为：经步骤1处理后的大型复杂Mg-Gd-Y-Zr系镁合金铸件加热至200～250℃。

优选地，所述时效处理具体为：经步骤1处理后的大型复杂Mg-Gd-Y-Zr系镁合金铸件加热至250℃。