本發(fā)明屬于鎂合金
技術領域：
，具體是涉及一種低成本耐熱鎂合金及其制備方法。
背景技術：
：鎂合金是目前工業(yè)應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優(yōu)點，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領域具有很大的應用潛力。但目前大多數鎂合金的絕對強度仍然較低，這就限制了鎂合金在眾多受力結構件上的應用。特別是當使用溫度或者環(huán)境溫度升高時，鎂合金的強度會大幅度下降，又極大地限制了鎂合金在發(fā)動機缸體、自動變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動機和傳動系統(tǒng)結構件上的應用。稀土是提高鎂合金耐熱性能的有效合金元素，在已開發(fā)的耐熱鎂合金中，如EQ21、QE22、WE43、WE54等通常都含有大量的稀土元素和稀貴金屬，如EQ21合金含1.3～3.0％的稀土、1.3～1.7％的銀、0.4～1.0％的鋯，導致該合金的生產成本是AZ91D鎂合金的4倍以上。再如WE43合金含2.4～4.4％的稀土、3.7～4.3％的釔、0.4～1.0％的鋯，導致該合金的生產成本是AZ91D鎂合金的2倍以上。正是由于這些耐熱鎂合金含有大量的稀土元素和稀貴金屬，導致生產成本較高，極大的限制了這些耐熱鎂合金的應用。因此，開發(fā)新型的低成本耐熱鎂合金對于推動鎂合金的應用具有十分重要的意義。技術實現要素：本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強度高、耐熱性能好、生產成本低的低成本耐熱鎂合金及其制備方法。本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金，其特點是由以下成分及質量百分比組成：Gd1.5～2.5%，Y0.5～1.5%，Al0.5～1.0%，Zr0.025～0.05%，C0.0025～0.005%，B0.0025～0.005%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：Gd2.0%，Y1.2%，Al0.8%，Zr0.04%，C0.004%，B0.004%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的制備方法，其特點是包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在氣體保護和700～760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠，然后加入占原材料總重量為7.5～12.5%的Mg-20Gd合金和2.5～7.5%的Mg-20Y合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5～1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到低成本耐熱鎂合金。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的室溫抗拉強度大于350MPa，200℃的高溫抗拉強度大于280MPa，300℃的高溫抗拉強度大于200MPa，具有強度高、耐熱性能好的優(yōu)點，適合于制造發(fā)動機缸體、自動變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動機和傳動系統(tǒng)結構件。另外，相比于現有的EQ21、QE22、WE43、WE54等耐熱鎂合金，本發(fā)明低成本耐熱鎂合金具有更高的室溫和高溫強度，并且含有更少的稀土元素Gd和Y，因此生產成本大幅度降低，有利于耐熱鎂合金的推廣應用，具有廣闊的市場應用前景。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：Gd1.5～2.5%，Y0.5～1.5%，Al0.5～1.0%，Zr0.025～0.05%，C0.0025～0.005%，B0.0025～0.005%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。優(yōu)選的，所述低成本耐熱鎂合金的成分及質量百分比組成為：Gd2.0%，Y1.2%，Al0.8%，Zr0.04%，C0.004%，B0.004%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。其中，Gd和Y是本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的主要合金元素，Gd和Y在鎂合金中的固溶度較高，通過固溶強化既可以提高鎂合金的室溫強度又可以提高鎂合金的高溫強度。另外，Gd和Y稀土元素的原子擴散能力差，既可以提高鎂合金的再結晶溫度和減緩再結晶過程，又可以析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，從而提高鎂合金的高溫強度和蠕變抗力。Gd和Y的含量越高，固溶強化和彌散強化作用越強，鎂合金的室溫和高溫強度都越高。但稀土元素Gd、Y的價格昂貴，添加太多的Gd、Y會顯著增加鎂合金的生產成本。經綜合考慮強度、耐熱性和生產成本因素，因此，選擇添加1.5～2.5%的Gd和0.5～1.5%的Y，優(yōu)選的，Gd含量為2.0%，Y含量為1.2%。Al、Zr、C、B是以Al-5Zr-0.5C-0.5B合金形式加入到鎂合金中。Al-5Zr-0.5C-0.5B合金是由氟鋯酸鉀、氟硼酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應得到，內部含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子。ZrB2粒子和ZrC粒子都具有熔點高、穩(wěn)定性好的特點，特別是ZrB2粒子和ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結構，并且晶格常數相近，晶格常數錯配度非常低，是鎂晶粒的優(yōu)良非均質形核核心，可細化鎂合金晶粒。更重要的是，由于ZrB2粒子和ZrC粒子的熔點高、穩(wěn)定性好，大量的ZrB2粒子和ZrC粒子進入到鎂合金中，這些粒子分布于晶界和相界，可釘扎晶界和相界，起到顯著的彌散強化作用，從而提高鎂合金的強度和耐熱性能。發(fā)明人的大量實驗研究表明，添加0.5～1.0%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，鎂合金中含有0.025～0.05%的Zr，0.0025～0.005%的C和B，鎂合金液中含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子，通過ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復合作用，既可顯著細化鎂合金的晶粒，又可顯著提高鎂合金的室溫和高溫強度。發(fā)明人的實驗研究還表明，在相同添加量的條件下，添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，形成ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復合強化效果比只添加Al-5Zr-1C合金的ZrC單相粒子強化效果或者只添加Al-5Zr-1B合金的ZrB2單相粒子強化細化效果都更好，因此，本發(fā)明選擇添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金。優(yōu)選的，Al-5Zr-0.5C-0.5B合金添加為0.8%，鎂合金中含有0.04的Zr，0.004%的C和B。本發(fā)明還提供了所述低成本耐熱鎂合金的制備方法，具體包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在氣體保護和700～760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠，然后加入占原材料總重量為7.5～12.5%的Mg-20Gd合金和2.5～7.5%的Mg-20Y合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5～1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到低成本耐熱鎂合金。本發(fā)明的制備方法，選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料，通過優(yōu)化Gd、Y主合金元素的含量，經精煉除氣除雜后，再加入Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，能夠充分發(fā)揮Al-5Zr-0.5C-0.5B合金對鎂合金液的晶粒細化和彌散強化作用，確保本發(fā)明鎂合金獲得高強度和優(yōu)異的耐熱性能。為了更詳盡的描述本發(fā)明的低成本耐熱鎂合金及其制備方法，以下列舉幾個實施例作更進一步的說明。實施例1：本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質量百分比組成為：Gd1.5%，Y0.5%，Al0.5%，Zr0.025%，C0.0025%，B0.0025%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和700℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠，然后加入占原材料總重量為7.5%的Mg-20Gd合金和2.5%的Mg-20Y合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到低成本耐熱鎂合金。實施例2：本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質量百分比組成為：Gd2.0%，Y1.2%，Al0.8%，Zr0.04%，C0.004%，B0.004%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和730℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠，然后加入占原材料總重量為10%的Mg-20Gd合金和6%的Mg-20Y合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.8%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在710℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到低成本耐熱鎂合金。實施例3：本發(fā)明所述的低成本耐熱鎂合金的成分及質量百分比組成為：Gd2.5%，Y1.5%，Al1.0%，Zr0.05%，C0.005%，B0.005%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該低成本耐熱鎂合金的制備方法包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)鎂錠、Mg-20Gd合金、Mg-20Y合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和760℃條件下加熱熔化工業(yè)鎂錠，然后加入占原材料總重量為12.5%的Mg-20Gd合金和7.5%的Mg-20Y合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到低成本耐熱鎂合金。按中華人民共和國國家標準GB/T16865-2013，將實施例1-3的低成本耐熱鎂合金加工成標準拉伸試樣，在DNS200型電子拉伸試驗機上，分別在室溫、200℃和300℃條件下進行拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學性能如表1所示。表1實施例1-3的低成本耐熱鎂合金的拉伸強度實施例序號室溫抗拉強度/MPa200℃抗拉強度/MPa300℃抗拉強度/MPa實施例1350.5284.1201.8實施例2371.2304.5223.5實施例3384.5315.8241.8由表1的檢測結果可見，本發(fā)明低成本耐熱鎂合金的室溫抗拉強度大于350MPa，200℃的高溫抗拉強度大于280MPa，300℃的高溫抗拉強度大于200MPa，具有強度高、耐熱性能好的優(yōu)點，適合于制造發(fā)動機缸體、自動變速箱、曲軸箱、齒輪室蓋、油底殼等發(fā)動機和傳動系統(tǒng)結構件。另外，相比于現有的EQ21、QE22、WE43、WE54等耐熱鎂合金，本發(fā)明低成本耐熱鎂合金具有更高的室溫和高溫強度，并且含有更少的稀土元素Gd和Y，因此生產成本大幅度降低，有利于鎂合金的推廣應用，具有廣闊的市場應用前景。本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發(fā)明權利要求限定的范圍之內。當前第1頁1 2 3