高強度、高韌性稀土鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高強度、高韌性稀土鎂合金，該合金的組成成分構成和各成分的質量百分含量為：Zn：7.0～12.0%，Zr：0.5～1.9%，Y：0.3～1.0%，Nd：0.1～0.5%，Ce：0.05～0.1%，其余為Mg。該合金不僅具有高強度、高韌性特點，還具有較高的力學性能、抗氧化性能以及良好的組織穩定性。特別適用于汽車工業領域。
【專利說明】高強度、高韌性稀土鎂合金
【技術領域】
[0001] 本發明屬于稀土鎂合金【技術領域】，具體涉及主要適用于汽車零部件。
【背景技術】
[0002] 鎂及鎂合金是目前最輕的結構金屬材料，具有高的比強度和比剛度，很好的抗磁 性，高的電負性和導熱性，良好的消震性和切削加工性能。但是鎂合金的強度不高，特別是 高溫性能較差，大大限制了其應用。所以提高鎂合金的室溫強度和高溫強度是鎂合金研究 中要解決的首要問題。
【發明內容】
[0003] 發明目的：本發明提供一種高強度、高韌性稀土鎂合金，其目的是解決以往鎂合金 的強度低、高韌性差和疲勞性能差等問題
[0004] 技術方案：
[0005] -種高強度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述合金由以下質量百分含量的成 分構成：
[0006] Zn :7· 0 ?12. 0%，Zr :0· 5 ?1. 9%，Y :0· 3 ?1. 0%，Nd :0· 1 ?0· 5%，Ce :0· 05 ? 0. 1%，其余為Mg。
[0007] 2、根據權利要求1所述的高強度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：
[0008] Zn :7· 0 ?11. 0%，Zr :0· 5 ?1. 8%，Y :0· 3 ?0· 9%，Nd :0· 1 ?0· 3%，Ce :0· 05 ? 0.08%，其余為Mg。
[0009] 所述稀土鎂合金中，雜質的成分和質量百分含量滿足下述要求：〇< 0.002， N 彡 0· 001，S 彡 0· 004。
[0010] 制備上述的高強度、高韌性稀土鎂合金的方法，其特征在于：具體方法如下：按比 例取各組分，采用電阻爐熔煉，將裝有原料的坩堝放入預先升溫至680°C的電阻爐中，通入 保護氣即N2+0. 1 % SF6,當溫度重新升至680°C后，保溫20分鐘，待Mg和Zn全部熔化后再 加入含Zr、Y、Nd和Ce的中間合金，避免氧化；澆注成化學成分符合要求的母合金后，再通 過擠壓機將其擠壓成棒材，擠壓溫度為300?320°C，擠壓比約為47. 5,使用前須經過T5處 理，即在180°C下進行人工時效，保溫24h后空冷。
[0011] 優點效果：本發明提供了一種高強度、高韌性稀土鎂合金，該合金在獲得高強度、 高韌性的同時，具有疲勞性能優良的特點。
[0012] 大部分稀土元素與鎂的原子尺寸半徑相差在±15%范圍內，在鎂中有較大固溶 度，具有良好的固溶強化、沉淀強化作用；可以有效地改善合金組織和微觀結構、提高合金 室溫及高溫力學性能、增強合金耐蝕性和耐熱性等；稀土元素原子擴散能力差，對提高鎂合 金再結晶溫度和減緩再結晶過程有顯著作用；稀土元素還有很好的時效強化作用，可以析 出非常穩定的彌散相粒子，從而能大幅度提高鎂合金的高溫強度和蠕變抗力。因此在鎂合 金領域開發出一系列含稀土的鎂合金，使它們具有高強、耐熱、耐蝕等性能，將有效地拓展 鎂合金的應用領域
[0013] 本發明合金的化學成分設計主要基于如下理由：
[0014] Mg中添加 Zn元素后，可以起到固溶強化和沉淀強化作用。Zn可以提高鑄件的蠕 變抗力與疲勞極限。由于亞穩過渡相的存在，Mg-Zn系合金在時效過程中往往呈現出良好 的沉淀強化效果。由于Mg-Zn系合金晶粒通常較為粗大的同時還比較容易形成微孔與空洞 等鑄造缺陷，故該系合金中往往加入Zr以細化合金的顯微組織。Zr的添加已經成為細化鎂 合金組織的常用手段。
[0015] 在鎂合金加入少量的Y元素可以顯著提高合金的強度，且其強化效果甚至高于 Al、Mn元素。添加適量的Y元素，可以起到窄化晶界，細化晶粒的作用。當Y含量為0.3? 1. 0%時，Mg-Zn-Zr合金的抗拉強度顯著提高，伸長率則達到峰值。
[0016] 元素 Nd在Mg中的固溶度較大，約為4%，所以添加 Nd的稀土鎂合金的時效強化效 果較好。Nd能提高鎂合金的室溫強度和高溫強度，所以稀土元素 Nd成為作用效果最佳的主 合金化稀土兀素之一。
[0017] 適量的Ce元素的添加可以提高合金的強度、硬度與伸長率。Ce可以顯著減小合金 的晶粒尺寸，而且能有效的提高合金的抗拉強度和屈服強度。
[0018] 總之，添加混合稀土能夠導致擠壓織構和細小微觀組織的形成，從而也能夠提高 合金的強度、硬度與伸長率。
[0019] 本發明所述稀土鎂合金利用純Mg、Zn、Zr、Y、Nd、Ce元素在電阻爐中熔煉，并澆注 成化學成分符合要求的母合金，然后再通過擠壓機將其擠壓成棒材。使用前需經過熱處理。
[0020] 綜上所述，本發明的具體優點及有益效果如下：
[0021] (1)與現有的其它鎂合金相比，本發明合金具有高強度、高韌性特點。
[0022] (2)本發明合金的疲勞性能比未添加稀土元素的合金優異。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明合金經熱擠壓后的顯微組織；
[0024] 圖2為本發明合金及未添加稀土 Mg-Zn-Zr合金經熱擠壓后的S-N曲線。
【具體實施方式】
[0025] 以下實施例將對本發明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。
[0026] 具體制備方法要求：采用電阻爐熔煉，先澆注成化學成分符合要求的母合金，然后 再通過擠壓機將其擠壓成棒材，使用前須經過熱處理。
[0027] 實施例1 :
[0028] 本發明稀土鎂合金試樣的化學成分均參見表1。
[0029] 表1本發明合金的化學成分組成列表（wt. % )
[0030]
【權利要求】
1. 一種高強度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述合金由以下質量百分含量的成 分構成： Zn :7· 0 ?12. 0 %，Zr :0· 5 ?1. 9 %，Y :0· 3 ?1. 0 %，Nd :0· 1 ?0· 5 %，Ce :0· 05 ? 0. 1%，其余為Mg。
2. 根據權利要求1所述的高強度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于： Zn :7· 0 ?11. 0%，Zr :0· 5 ?1. 8%，Y :0· 3 ?0· 9%，Nd :0· 1 ?0· 3%，Ce :0· 05 ? 0.08%，其余為Mg。
3. 根據權利要求1或2所述的高強度、高韌性稀土鎂合金，其特征在于：所述稀土鎂合 金中，雜質的成分和質量百分含量滿足下述要求：〇< 0.002, 0.001，S < 0.004。
4. 制備權利要求1所述的高強度、高韌性稀土鎂合金的方法，其特征在于：具體方法如 下：按比例取各組分，采用電阻爐熔煉，將裝有原料的坩堝放入預先升溫至680°C的電阻爐 中，通入保護氣即N2+0. 1% SF6,當溫度重新升至680°C后，保溫20分鐘，待Mg和Zn全部 熔化后再加入含Zr、Y、Nd和Ce的中間合金，避免氧化；澆注成化學成分符合要求的母合金 后，再通過擠壓機將其擠壓成棒材，擠壓溫度為300?320°C，擠壓比約為47. 5,使用前須經 過T5處理，即在180°C下進行人工時效，保溫24h后空冷。
【文檔編號】C22C1/03GK104099507SQ201410334746
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】張思倩, 陳立佳 申請人:沈陽工業大學