[发明专利]一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金及其制备方法，属于合金技术领域，该镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：6.0～7.0％Al，0.5～1.5％Zn，1.0～2.0％Sm，0.2～0.5％Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。在合金中均匀分布的多种第二相和均匀细小的显微组织、较弱的基面织构，使合金具有高强度和高塑性。本发明还公开一种高强耐热稀土镁合金材料的制备方法，使制备的镁合金组织中均匀分布有纳米、微米级第二相和相对较细的晶粒尺寸，显著改善了镁合金的力学性能。

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种含稀土钐的高温高强度镁稀土合金及其制备方法。

背景技术

镁合金被称为“21世纪绿色金属材料”，是继钢铁、铝合金之后的第三大金属结构材料，已经在航空航天、汽车工业、3C系列产品中广泛应用。根据成形工艺的不同，镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。与铸造镁合金相比，挤压变形的镁合金具有更为细小的晶粒，更好的力学性能。因此，镁合金的挤压变形工艺也是当前研究的热点。

镁合金是世界上最轻的金属结构材料，在汽车领域有着重要的发展潜力，尤其是稀土镁合金在汽车曲轴箱、轮毂的应用是近期研究热点，如WE43、WE54等都有一定的研究进展，但镁合金凝固时显微组织偏析严重，铸造性能差，在实际应用中受到极大的限制。研究者在对高性能镁合金的探索和开发中，往往通过时效析出强化使镁合金的性能达到应用标准。镁稀土合金固溶体有较多亚稳的溶解度间隙，具有典型的时效强化特征。大量研究表明，镁稀土合金时效析出序列均为：α-Mg过饱和固溶体(S.S.S.S)→β″(D019，a＝2×a_Mg＝0.64nm，c＝c_Mg＝0.52nm，板状与基体共格，薄板状，{2110}_α惯习面)→β′(CBCO，a＝2×a_Mg＝0.64nm，b＝2.2nm，c＝c_Mg＝0.52nm，椭球状与基体半共格，薄板状，{2110}_α惯习面)亚稳相→β₁(FCC，a＝0.74nm，板条状，{0110}_α惯习面，与MgRE同构)→β(FCC，a＝2.22nm，板条状，{0110}_α惯习面，与MgRE同构)平衡相。在镁合金中加入稀土元素Sm，时效过程中析出的Al₂Sm相硬度和熔点都很高，热稳定性好，能有效提高合金的强度和抗蠕变性能。Sb能够改善合金铸造性能，同时细化铸态合金组织及合金沉淀相，形成六方结构的Mg₃Sb₂相颗粒，可起到弥散强化作用。镁稀土合金中通常加入Sb，因Sb是一种有效的晶粒细化剂，主要分布在晶界上，起牵引、钉扎晶界作用，阻碍位错移动和晶粒长大，从而提高镁合金强度。

这些方法存在以下几个方面的不足：

1、合金化方法虽然通过沉淀强化可以进一步提高镁合金的强度，但是这种提高强度的方法是以牺牲镁合金塑性为代价的；

2、添加适量稀土元素的合金化方法虽然能够明显提高镁合金的强度，但是由于稀土是一种较昂贵的资源，导致用该种方法生产的镁合金成本极高且对稀土资源造成大量的消耗；

3、大塑性变形的方法虽然可以得到细化的晶粒组织，使镁合金的塑性和强度同时提高，但是生产设备复杂而昂贵，生产周期长。这样的加工方法不利于在实际工程中的运用。

所以如果想要镁合金能够成为钢材料的替代品，那么在强度和延展性上还需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金；目的之二在于提供一种含稀土钐的高强耐热稀土镁合金的制备方法。本发明的镁合金合金元素种类少，成本低，环境温度超过200℃后强度稳定。该制备方法简单易操作。

为了实现以上目的之一，本发明所采用的技术方案是：