[发明专利]适于低压铸造的高强韧耐热Mg-Y合金及其制备方法

说明书

本发明提供了适于低压铸造的高强韧耐热Mg‑Y合金及其制备方法，该合金成分及化学计量比为：2.5～5.0％Y、1.0～4.0％Zn、0.5～1.2％Al、0.1～0.3％Mn、0.01～0.08％M,余量为Mg；其中M为Ti，B中一种或两种元素。制备方法：1)按Mg‑Y合金成分进行配料；2)将工业纯镁锭熔化；3)升温至700℃，将工业纯锌、Mg‑Y和Mg‑Mn中间合金加入，搅拌至全部熔化；4)升温至730℃，待依次加入的工业纯铝锭、Al‑Ti、Al‑Ti‑B、Al‑B中间合金全部熔化后，精炼后得到镁合金熔体；5)低压铸造；6)二级固溶处理、人工时效处理。本发明的合金经低压铸造、二级固溶处理与人工时效热处理后，室温抗拉强度达到305MPa，延伸率19％；200℃下高温拉伸抗拉强度达到210MPa，延伸率26％，满足航空航天等行业对轻量化的高端需求。

技术领域

本发明涉及适于低压铸造的高强韧耐热Mg-Y合金，满足航空航天、汽车、电讯等行业对轻量化发展的高端需求。本发明还涉及适于低压铸造的高强韧耐热Mg-Y合金的制备方法，属于工业用镁合金及其制造领域。

背景技术

镁合金作为最轻的工程金属材料(镁的密度为铝的2/3，钢的1/4)，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度虽然与铝合金和钢相当，但远高于工程塑料，同时具有良好的铸造性、切削加工性好、导热性好、阻尼性以及电磁屏蔽能力强和易于回收等一系列优点，在航空、航天、汽车、电子及国防军工等领域有着广泛的应用前景。镁合金成为替代铝合金、钢铁和工程塑料以实现轻量化的理想材料，其中替代潜力最大的是铝合金。铸造铝合金具有必要的强韧性能和热稳定性，目前已经广泛用于生产发动机缸体和缸盖及轮毂等零件，代表的合金为A354、A356和A380。如果镁合金取代铸造铝合金，它必须具备等同的强韧性能，且价廉、易于铸造。低压铸造是在密封的坩埚内通入干燥的压缩空气或惰性气体，借助于作用于金属液面上的压力，将液态合金沿升液管自下而上通过浇道平稳地压入金属型或砂型等铸型型腔，并在压力作用下凝固获得铸件的铸造方法。与目前普遍采用的合金压铸工艺等相比较，低压铸造是生产大型形状复杂的优质高性能铸件的优选技术。

Mg-Al类镁合金的应用最早，其主要合金元素铝和镁的原子半径差较大同时在镁中有较大的固溶度，在合金中起固溶强化和析出强化的作用。在1925年发现少量的Mn显著提高Mg-Al-Zn系镁合金的耐蚀性后，AZ(如AZ91)和AM系镁合金(如AM60、AM50)发展成为目前应用最广泛的商业化镁合金。然而AZ和AM镁合金的高温蠕变性能很差，比常用铝合金低一个数量级还多，在温度高于150℃时的拉伸强度迅速降低，其原因在于在高温蠕变过程中过饱和的α-Mg基体在晶界处的Mg₁₇Al₁₂相非连续析出。通过加入合金元素以改善析出相的特性(晶体结构、形态及热稳定性)来提高Mg-Al合金的耐热性能，但其常温和高温力学性能仍无法达到铸造铝合金的水平，严重限制了其应用发展。例如，申请公布号为CN109136701A的专利文献(一种砂型重力铸造镁合金材料及其制备方法)公开的镁合金成分含量为：3.5～4.5wt.％Al，0.5～4.5wt.％的La、Ce、Pr中的一种或几种的混合稀土，0.2～0.5wt.％Mn，0.01～2.5wt.％的Gd、Y、Sm、Nd、Er、Eu、Ho、Tm、Lu、Dy、Yb中的一种或几种混合稀土，其余为Mg；所报道的合金的最佳常温力学性能：抗拉强度231MPa，延伸率11.4％。