[发明专利]一种多元耐热镁合金的制备方法及多元耐热镁合金

说明书

技术领域

本发明属于金属材料冶金及热处理技术领域，具体涉及一种多元耐热镁合金的制备方法及多元耐热镁合金。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有高的比强度和比刚度、优异的铸造性能、机械加工性能，有着非常广泛的应用前景。近年来镁合金在汽车上应用日益增多，汽车采用镁合金可以减重，同时减少了尾气排放，因此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。

Mg-Al-Zn系镁合金(如AZ31、AZ61、AZ91等)是目前工业上应用最为广泛的镁合金系列。此系列镁合金兼有良好的强度、塑性、耐腐蚀性以及低廉的成本等优点。但它本身存在着难以克服的缺点：首先，铸态Mg-Al-Zn系镁合金中Mg₁₇Al₁₂相以离异共晶的形式呈网状沿晶界析出，这些粗大的Mg₁₇Al₁₂相的存在不利于合金的力学性能。此外，当工作温度高于120℃以后，此系列合金中的主要强化相Mg₁₇Al₁₂会发生粗化或软化，使得其对基体的强化作用大幅度降低，从而降低了此系列镁合金在高温下的力学性能，限制了Mg-Al-Zn系镁合金的应用范围。

添加合金元素是提高镁合金性能的有效途径之一。向Mg-Al-Zn系镁合金中主要添加的合金元素主要有三类：①Ca、Sr等碱土元素；②稀土元素RE；③第Ⅳ、Ⅴ族元素，如Si、Sn、Sb、Bi等。这些合金元素在为镁合金提供新的性能的同时，也对镁合金的热处理方法提出了更高的要求。由于Mg-Al-Zn系镁合金的特殊性，常规的热处理工艺难以有效改善镁合金的偏析及析出相的均匀性，且合金组织中容易出现缩松和气孔等组织缺陷，进而影响了镁合金的力学性能。

专利CN103469039A公开了一种含钙和稀土钐的镁-铝-锌变形镁合金，其质量百分含量为Al 5.3～6.0％，Zn 0.7～1.0％，Ca 0.4～0.5％，Sm 0.2～1.5％，余量为Mg；通过原料熔化，盐浴快冷，得到的合金锭子在400℃下均匀化退火空冷至室温，360℃挤压比为25:1进行热挤压，得到含钙、稀土钐的镁-铝-锌变形镁合金。该镁合金通过热挤压变形后，合金相细化，材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率均得到提高。但热挤压工艺需要特定的挤压设备，且对材料的尺寸、形状都有限制；同时，热挤压过程常伴有较严重的氧化和脱碳等加热缺陷，影响了挤压件的尺寸精度和表面粗糙度；上述特点影响了该工艺在工业生产中的大规模应用。

开发一种设备简单，成本较低，安全可靠，操作方便的热处理方法对于Mg-Al-Zn系镁合金具有重要作用。热处理可以有效减少铸件内应力，消除合金组织中的偏析，使非平衡相溶解于基体中，使合金成分均匀化，当合金元素的固溶度随温度变化而变化时，通过固溶处理可显著提高镁合金性能。Mg-Al-Zn系铸造镁合金的热处理一般包括固溶处理和时效处理两个步骤，其中固溶处理是合金后续时效处理的基础和关键，如何通过工艺控制获得良好的固溶效果对于Mg-Al-Zn系合金的热处理强化显得尤为关键。固溶处理需较好地控制处理温度和处理上时间，若温度过高或加热时间过长，会使得组织长大粗化，浪费热量；若温度过低或加热时间过短，合金元素溶解不足，影响其力学性能。因此，如何优化镁合金的热处理工艺，研究开发新型镁合金热处理方法对于最大限度地发挥铸造Mg-Al-Zn系合金的强化作用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元耐热镁合金的制备方法，解决现有技术中Mg-Al-Zn系镁合金因偏析和析出相分布均匀性差导致镁合金力学性能差的技术问题。

本发明的第二个目的是提供一种由上述制备方法得到的多元耐热镁合金。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多元耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：

1)将铸态镁合金进行一级热处理，所述一级热处理温度为420～440℃，热处理时间为4～6h，冷却；所述铸态镁合金由以下质量百分比的组分组成：Al 7.5～8.5％，Zn 0.8～1.2％，RE 1.2～2.4％，Ca 0.5～1.4％，余量为镁和杂质；

2)将步骤1)冷却后的镁合金进行二级热处理，所述二级热处理温度为390～410℃，热处理时间为8～10小时，冷却；

3)将步骤2)冷却后的镁合金进行三级热处理，所述三级热处理温度为200～220℃，热处理时间为12～15小时，冷却，即得。

步骤1)中，RE为Gd、Y、Nd、Sm中任意一种。