[发明专利]一种Mg-Y-Mn-Sc耐热镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Mg‑Y‑Mn‑Sc耐热镁合金及其制备方法，所述耐热镁合金中的组分及其质量百分比为：Y含量为4～6％，Mn含量为0.8～1.0％，Sc含量为0.3～0.5％，Zn含量为0.6‑0.8％，Gd含量为0.2～0.3％，Ca含量为0.1～0.2％，杂质元素Si含量≤0.02％，Fe含量≤0.005％，Cu含量≤0.015％，Ni含量≤0.002％，其余为Mg。其Sc含量较低，成本低，具有良好的室温/300℃拉伸性能和300℃高温抗蠕变性能。

技术领域

本发明涉及耐热镁合金，具体涉及一种Mg-Y-Mn-Sc耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越和易于回收利用等优点，被誉为21世纪“绿色结构材料”。但目前由于现有镁合金的高温抗蠕变性能差，长期工作温度不能超过120℃，使其无法用于制造对高温蠕变性能要求高的汽车发动机及其他传动部件，因此极大地阻碍了镁合金的进一步推广应用。也正是由于这样，国内外对于具有高温抗蠕变性能的耐热镁合金的研究开发给予了广泛关注和高度重视，并在Mg-Sc二元镁合金的基础上通过添加Y和Mn，试制研究出了在300℃乃至到350℃仍具有较高抗蠕变性能的Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金。与其他含Mn和Sc的四元稀土耐热镁合金如Mg-Ce-Mn-Sc和Mg-Gd-Mn-Sc合金相类似，Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金的耐热强化机理主要在于通过Mn和Sc添加导致在铸态组织形成了在300℃乃至到350℃具有很好热稳定性的Mn₂Sc相。同时，通过后续的T5热处理进一步析出弥散分布的Mn₂Sc和Mg₂₄Y₅相，使合金的高温抗蠕变性能得到进一步增强。然而，从已有Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金的研究结果看，虽然该合金具有较好的高温抗蠕变性能，但仍然由于下面两个问题的存在而使其在汽车及航空航天等领域的应用受到很大的限制：1)合金中含有昂贵的稀土元素Sc且含量高达0.9％以上，使得合金的成本较高；2)由于合金铸态晶粒粗大，使其抗拉性能尤其是延伸率较低。

为了解决Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金目前存在的问题，国内外从晶粒细化和Sc元素的替代两个方面进行了研究。CN101985712A公开了一种加Zr细化Mg-RE-Mn-Sc四元镁合金晶粒的方法，其是在熔剂或气体保护下，将Mg-RE-Mn-Sc四元镁合金按相应的成分配比熔化后升温到720-740℃，然后加入占炉料总重量的0.6-1.2wt.％Zr使晶粒得到细化。然而，也有研究认为[1-Emley E.F.Principles of Magnesium Technology,Pergamon,Oxford,1966,pp.127-155；2-Bamberger M,Dehm G.Trends in the development of new Mgalloys[J].Annual Review Mater.Res.,2008,38:505-533]，在含Mn的镁合金中添加Zr，Zr和Mn会形成MnZr₂等化合物从而导致Zr对含Mn镁合金并没有明显的晶粒细化作用。显然，对于在Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金中添加Zr是否能细化晶粒目前还存在较大争议。因此，需要研究开发其它适合Mg-Y-Mn-Sc系耐热镁合金的晶粒细化方法。至于Sc元素的替代，有研究提出用低成本的Zn全部代替Mg-Y-Mn-Sc四元耐热镁合金中的Sc后发现[M.B Yang,F.S.Pan,J.Shen,Y.Zhu,C.Y.Qin.Comparison about as-cast microstructures andmechanical properties of Mg-4Y-1.2Mn-0.9Sc and Mg-4Y-1.2Mn-1Zn(wt％)magnesiumalloys[J].J Mater Sci,2011,46:3094-3100]，虽然合金的抗蠕变性能有少量增加，但拉伸性能却明显降低；从晶粒细化和热处理强化等方面提出其制备方法，以使其同时具有较优的抗拉性能和抗蠕变性能，从而扩大其应用范围和加快其工业化应用进程。

发明内容