[发明专利]一种可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金及其制备方法，所述镁合金的组分及其质量百分比为：5.6～10.8％Gd，2.2～3.2％Y，0.1～0.4％Zn，0.1～0.4％La，0.3～0.7％Zr，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.2wt.％，余量为Mg；所述制备方法包括烘料、熔镁、添加合金元素、精炼、铸造成型、热处理等工序。本发明通过La元素微合金化及后续热处理工艺优化，获得的可快速高温固溶处理高强韧铸造镁稀土合金，可以显著缩短高温固溶时间、提高固溶处理效率，同时保证合金具有较高的强度与塑性。本发明也为高强韧铸造镁稀土合金在线连续固溶处理工艺的实施提供了材料基础。

技术领域

本发明涉及一种可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金及其制备方法，属于金属结构材料技术领域。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度、比刚度高，减震性好等优点，广泛应用于航空航天、交通、3C领域等。高温固溶处理+低温时效处理工艺是高强度铸造镁合金的典型热处理工艺，简称T6处理。如《含稀土高强度铸造镁合金及其制备方法》(专利号：CN200510030457.8)专利公开的高强度铸造镁稀土合金EZ30Z(Mg-Nd-Zn-Zr-Ca)，其常规热处理工艺为：(525～540)℃×(4～12)h固溶处理+200℃×(12～20)h时效处理；《砂型铸造镁稀土合金及其制备方法》(专利号：CN201710204140.4)公开的高强度Mg-Gd-Zn-Zr镁稀土合金，其常规热处理工艺为：(480～530)℃×(8～16)h固溶处理+(200～225)℃×(12～128)h时效处理；常规商业高强度镁稀土合金WE43(Mg-4Y-2Nd-1RE，wt.％)的标准热处理工艺为：525℃×8h固溶处理+250℃×16h时效处理；我国商业镁合金ZM6(Mg-Nd-Zn-Zr)镁稀土合金的标准热处理工艺为：(525～535)℃×(12～16)h固溶处理+200℃×(12～16)h时效处理；由Magnesium Elektron公司开发商业高强度镁稀土合金EV31(Mg-Nd-Gd-Zn-Zr，Elektron 21)的标准热处理工艺为：520℃×8h固溶处理+200℃×16h时效处理。在T6热处理工序中，高温固溶处理对设备的控温精度、温度场均匀性要求较高，设备制造成本与维护成本较高。为了提高生产效率，对于批量比较大的产品，制造商通常需要配备多个高温固溶处理炉，场地、设备维护、设备校验成本显著增加。为了提高生产效率，采用短时间、更高温度固溶处理是常用的一种方法，然而，更高的固溶处理温度在缩短固溶时间的同时也导致合金晶粒整体粗化和局部晶粒异常长大，显著降低了合金的力学性能和铸件力学性能的稳定性。设计开发可快速高温固溶处理的铸造镁稀土合金是解决这一行业性难题有效方法。

Mg-Gd系由于具有良好室温强度和铸造性能，近年来在航空航天领域获得了一定的应用，如国家标准《铸造镁合金锭》(GB/T19078-2016)中的VW103Z和VQ132Z铸造镁稀土合金。尽管Mg-Gd系铸造镁合金强度高，但室温塑性较低，难以满足航空航天领域对强塑性要求较高的场景：如VW103Z铸造镁稀土合金标准的抗拉强度为300MPa、屈服强度为200MPa，伸长率仅为2.0％；VQ132Z铸造镁稀土合金标准的抗拉强度350MPa、屈服强度为240MPa，伸长率仅为1.0％。如何设计开发强度更高塑性更佳的高强韧铸造镁稀土合金已成为行业刚需。基于Mg-Gd系合金设计开发强度更高塑性更佳且可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金成为高性能镁稀土合金批量应用时的迫切需要。

发明内容

为了缩短高温固溶处理的时间、提高固溶处理设备的利用效率和镁合金铸件的热处理效率，本发明通过合金成分与热处理工艺优化设计，开发了一种可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金及其制备方法；在显著缩短的铸造镁稀土合金的高温固溶时间、在提高铸件生产效率的同时，确保合金具有较高的强塑性，满足高端制造领域对高性能铸造镁合金的需要。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种可快速高温固溶处理的高强韧铸造镁稀土合金，其包含按重量百分数计的如下组分：