一種高強抗蠕變鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強抗蠕變鎂合金，該鎂合金由以下質量百分比的組分組成：4.0％～5.0％Y，1.5％～2.5％Sm，0.2％～0.5％Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。本發(fā)明的高強抗蠕變鎂合金，合金組分為Mg-Y-Sm-Sb，具有較高的高溫強度和優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，300℃時抗拉強度不低于180MPa，在300℃/50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率不大于4.0×10-8s-1，保證了鎂合金在高溫條件下工作的安全可靠性；同時，合金元素種類少，尤其是稀土元素種類少，含量低，大大降低了鎂合金的熔煉和鑄造難度，合金質量得到很好的控制，生產成本低，在航空航天、汽車工業(yè)等方面有著廣闊的應用前景。
【專利說明】一種高強抗蠕變鎂合金

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于合金材料【技術領域】，具體涉及一種高強抗蠕變鎂合金。

【背景技術】
[0002]鎂及鎂合金是工程應用中最輕的金屬結構材料，在許多應用領域都具有十分顯著的優(yōu)勢，特別是在汽車工業(yè)、航空航天等方面具有不可替代的優(yōu)勢。但是，普通鎂合金的高溫強度和抗蠕變性能不佳，嚴重阻礙其在汽車工業(yè)、航空航天等領域的應用。因此，提高鎂合金的高溫強度和抗蠕變性能，已成為發(fā)展鎂合金材料的重要課題。
[0003]現(xiàn)有的高強抗蠕變鎂合金研究主要從限制位錯運動和強化晶界入手，通過適當的合金化，引入熱穩(wěn)定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴散速率或者改善晶界結構狀態(tài)和組織形態(tài)等手段，來實現(xiàn)提高鎂合金高溫強度和抗蠕變性能的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)是提高鎂合金高溫性能最有效的合金元素。大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度極限，而且隨溫度下降，固溶度急劇減少，從而在隨后的時效過程中析出彌散的、高熔點的稀土化合物相；稀土元素還可以細化晶粒、提高室溫強度，分布在晶內和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點稀土化合物，在高溫時仍能對晶內位錯運動和晶界滑移起到釘扎作用，從而提高鎂合金的高溫強度和抗蠕變性能；同時，稀土元素在鎂基體中的擴散速率較慢，這使得Mg-RE合金適于在較高溫度環(huán)境下長期工作。Mg-RE系(如Mg-Y-RE系)合金是重要的高強抗蠕變鎂合金系，當前在200?300 0C下長期工作的鎂合金均為Mg-RE系合金，Mg-RE系成為發(fā)展高強抗蠕變鎂合金的一個重要合金系。
[0004]但是，目前市場上所存在的稀土鎂合金，往往不能同時兼顧較高的高溫強度和優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，還不能完全滿足航空航天、汽車工業(yè)等領域在較高的溫度特別是在300°C使用時對高溫強度和抗蠕變性能的要求；同時，還存在合金元素(尤其是稀土元素)種類多、含量高，造成熔煉和鑄造難度較大，合金質量不好控制，生產成本高等問題，限制了高強抗蠕變鎂合金的發(fā)展和應用。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高強抗蠕變鎂合金，解決現(xiàn)有鎂合金不能同時兼顧較高的高溫強度和優(yōu)異的高溫抗蠕變性能的問題。
[0006]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種高強抗蠕變鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:4.0%?5.0% Y，1.5%?2.5% Sm，0.2%?0.5% Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。
[0007]雜質元素S1、Fe、Cu、Ni的總質量百分比小于0.2%。
[0008]所述Y、Sm的質量百分比之和為6.0%?7.0%。
[0009]本發(fā)明的高強抗蠕變鎂合金是由鎂、銻和中間合金Mg-Y、Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理而成。
[0010]按上述成分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在co2+sf6混合氣體保護下熔煉，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得到Mg-Y-Sm-Sb鑄態(tài)合金，隨后進行熱處理:525°C固溶處理8小時，225°C時效處理16小時，即得所述高強抗蠕變鎂合金。
[0011]本發(fā)明的高強抗蠕變鎂合金，合金組分為Mg-Y-Sm-Sb。本發(fā)明采用Y為第一組分，Y在Mg固溶體中的最大固溶度為12wt%，為保證合金得到良好的固溶強化和時效析出強化效果，Y的加入量不低于4wt%，同時為了避免合金密度增加太多，以及合金過分脆化，因此本發(fā)明的Y加入量不高于5wt% ;采用輕稀土 Sm與重稀土 Y組合使用，Sm可以降低Y在Mg中的固溶度，從而增加Y的時效析出強化效應；Sm在Mg中的最大固溶度為5.7wt %，為了保證強化效果而又盡量降低稀土總含量，因此本發(fā)明的Sm加入量均不高于2.5wt% ;加入少量的Sb，可以在基體中析出熱穩(wěn)定性高的Mg3Sb2，在高溫下有效地強化基體，抑制高溫下晶界的滑移，但Sb過量會影響鑄造性能和力學性能，因此本發(fā)明的Sb加入量不高于0.5wt%；綜合利用稀土元素Y、Sm和其他元素Sb的強化作用，進一步提高合金的高溫強度和抗蠕變性能。
[0012]本發(fā)明的高強抗蠕變鎂合金，合金組分為Mg-Y-Sm-Sb，具有較高的高溫強度和優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，300°C時抗拉強度不低于180MPa，在300°C /50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率不大于4.0X 10Λ—1 ;而商用鎂合金WE43在300°C時抗拉強度為160MPa，在3000C /50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為1.1 X ΙΟ?與商用鎂合金WE43相比，本發(fā)明的高強抗蠕變鎂合金的高溫強度更高，高溫下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率更低，保證了鎂合金在高溫條件下工作時的安全可靠性；同時，合金元素種類少，尤其是稀土元素種類少，含量低，大大降低了鎂合金的熔煉和鑄造難度，合金質量得到很好的控制，生產成本低，在航空航天、汽車工業(yè)等方面有著廣闊的應用前景。

【具體實施方式】
[0013]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0014]【具體實施方式】中涉及到的原料鎂(Mg)、銻(Sb)和中間合金Mg-Y、Mg_Sm均為市售產品；所述原料的純度為99.8%的Mg, 99.5%的Sb，99.8%的Mg-25% Y和Mg-25% Sm。
[0015]實施例1
[0016]本實施例的高強抗蠕變鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:4.0% Y, 2.5%Sm, 0.3% Sb，雜質元素S1、Fe、Cu、Ni的總質量百分比小于0.2%，余量為Mg。所述Y、Sm的質量百分比之和為6.5%。
[0017]本實施例的高強抗蠕變鎂合金是由鎂、銻和中間合金Mg-Y、Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理而成，具體為:
[0018]按上述成分配制合金，其熔鑄工藝為:采用剛玉坩堝、中頻感應爐，在C02+SF6混合氣體保護下熔煉，待鎂液升溫至750°C時，澆鑄到鋼制模具中，得到Mg-4.0Y-2.5Sm_0.3Sb鑄態(tài)合金，隨后進行熱處理:525°C固溶處理8小時，225°C時效處理16小時，即得所述高強抗蠕變鎂合金。
[0019]將所得高強抗蠕變鎂合金進行拉伸和蠕變試驗，拉伸試驗方法為:按照國家標準GB6397-86《金屬拉伸實驗試樣》加工標準拉伸試樣，在島津AG_I250kN電子拉伸試驗機上進行拉伸，試驗溫度為300°C，拉伸速率為lmm/min ;蠕變試驗方法為:按照國家標準GB/T2039-1997《金屬拉伸蠕變及持久試驗方法》加工標準蠕變試樣，在RC-1130型蠕變試驗機上進行蠕變試驗，蠕變溫度為300°C，蠕變應力為50MPa，蠕變時間為100小時。
[0020]本實施例所得高強抗蠕變鎂合金，3000C時抗拉強度為190MPa，在300°C /50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為3.2X ιοΛΛ
[0021]實施例2
[0022]本實施例的高強抗蠕變鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:4.5% Y, 1.5%Sm, 0.5% Sb，雜質元素S1、Fe、Cu、Ni的總質量百分比小于0.2%，余量為Mg。所述Y、Sm的質量百分比之和為6.0%。
[0023]本實施例的高強抗蠕變鎂合金是由鎂、銻和中間合金Mg-Y、Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理而成。具體熔鑄方法、熱處理工藝和拉伸、蠕變試驗方法同實施例I。
[0024]本實施例所得高強抗蠕變鎂合金，3000C時抗拉強度為180MPa，在300°C /50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為4.οχ ιοΛΛ
[0025]實施例3
[0026]本實施例的高強抗蠕變鎂合金，由以下質量百分比的組分組成:5.0% Y，2.0%Sm, 0.2% Sb，雜質元素S1、Fe、Cu、Ni的總質量百分比小于0.2%，余量為Mg。所述Y、Sm的質量百分比之和為7.0%。
[0027]本實施例的高強抗蠕變鎂合金是由鎂、銻和中間合金Mg-Y、Mg-Sm為原料熔煉鑄造并經過固溶和時效熱處理而成。具體熔鑄方法、熱處理工藝和拉伸、蠕變試驗方法同實施例I。
[0028]本實施例的高強抗蠕變鎂合金，300°C時抗拉強度為194MPa，在300°C /50MPa條件下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為2.9X ιοΛΛ
【權利要求】
1.一種高強抗蠕變鎂合金，其特征在于:由以下質量百分比的組分組成:4.0%?5.0% Y，1.5%?2.5% Sm，0.2%?0.5% Sb，余量為Mg和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的高強抗蠕變鎂合金，其特征在于:所述Y、Sm的質量百分比之和為 6.0%~ 7.0%o
【文檔編號】C22C23/06GK104294132SQ201410251345
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張清, 李全安, 陳君, 付三玲, 朱宏喜, 張興淵 申請人:河南科技大學