[发明专利]一种低热裂倾向高强铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种低热裂倾向高强铸造镁合金及其制备方法。属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，其在航空、航天等国防领域的应用可以大幅减轻飞行器的重量、降低燃料消耗、提高承载能力，具有极高的经济价值和战略意义。目前，镁合金已经发展了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE和Mg-Zn-RE等多种系列，其中Mg-RE系列镁合金由于高温下具有优异的强度和抗蠕变性能，在航空、航天领域已经得到广泛的应用，例如航空发动机中应用的EK41、QE22，导弹上应用的WE43、WE54等等。目前，研究开发的Mg-Gd-Y系重稀土镁合金因为其出众的时效硬化特性和高达250℃的耐热温度，成为最具发展潜力的高强镁合金之一。

随着航空、航天工业的发展，镁合金铸件正在向着大尺寸、薄壁复杂化发展，这就要求使用的镁合金材料具有良好的铸造性能。但是，为了保证合金的高强度和高耐热性，目前开发的Mg-Gd-Y系稀土镁合金中稀土含量一般较高(在6～15wt.％之间)，这就使得合金结晶温度区间增加，凝固过程中合金处于固液两相共存状态的时间延长。当生产薄壁、复杂结构铸件时，受体积收缩影响，极易在其内部产生应力集中，出现热裂缺陷。这不仅造成了大量铸件的报废，甚至严重限制了所设计零件的形状和尺寸，因此，如何降低高强Mg-Gd-Y系镁合金铸造过程中的热裂倾向成为目前亟待解决的关键问题。

经对现有技术的文献检索发现，上海交通大学黄玉光的硕士学位论文《Mg-Gd-Y-Zr合金的热裂和流动性研究》，该文以Mg-10Gd-3Y-Zr(具体组分及重量百分比为：10wt.％Gd，3wt.％Y，0.4wt.％Zr，余量为Mg)合金为研究对象，探讨了不同熔体处理方法、浇注温度及合金元素对Mg-Gd-Y-Zr合金热裂行为的影响。结果表明：精炼后的Mg-Gd-Y-Zr合金较未精炼合金抗热裂性能明显提高；合金热裂倾向随着浇注温度的升高而升高；Gd和Y元素的加入增大了合金的热裂倾向性。采用该Mg-10Gd-3Y-Zr合金生产小尺寸铸件时，经常在薄壁处出现热裂纹缺陷，导致铸件报废；当构件尺寸在1米以上时，铸造过程中在薄、厚壁的连接或拐弯处，常常由于热裂导致铸件直接断裂，可见，高的热裂倾向严重限制了该高强耐热镁合金的应用。由上文可知，减少氧化夹杂，保证熔体纯净化能够提高合金的抗热裂性能；减少Gd和Y元素的含量也可以降低合金的热裂倾向，但是，重稀土元素Gd和Y的减少会严重损害合金的强度和耐高温性能。因此，如何在不降低重稀土元素含量、保证合金综合力学性能的同时，开发一种低热裂倾向铸造Mg-Gd-Y系列合金对拓展其在航空航天领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低热裂倾向高强Mg-Gd-Y铸造镁合金及其制备方法，以富Ce混合稀土RE和Ca、Ag为辅助合金化元素、并用Zr对合金进行细化处理，进而提高合金的抗热裂能力，使之具有低热裂倾向性、良好的复杂薄壁件铸造成型性能和优异的室温高温性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种低热裂倾向高强铸造镁合金，所述镁合金包括如下重量百分比含量的各组分：8～10wt.％Gd，2～4wt.％Y，0.1～1.5wt.％富Ce混合稀土RE，0.1～1.5wt.％Ag，0.1～1wt.％Ca，0.3～0.7wt.％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。更优选合金组分为：

作为优选方案，所述富Ce混合稀土RE中含Ce量不小于50wt.％，稀土金属总量不小于99wt.％，除Ce外的其它稀土金属元素为La、Pr、Nd。

第二方面，本发明还涉及一种本发明的低热裂倾向高强铸造镁合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A、按所述合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；所述原料为镁锭(镁含量的质量分数大于99.9wt.％)，Mg-Gd，Mg-Y和Mg-Zr中间合金，富Ce混合稀土RE，工业纯Ca，工业纯Ag(Ca和Ag含量的质量分数大于99.9wt.％)；