CN102776427A

CN102776427A - 一种含稀土耐热镁合金

Info

Publication number: CN102776427A
Application number: CN2012102940737A
Authority: CN
Inventors: 赵海东; 刘海峰; 孟健; 崔晓鹏; 郭郁
Original assignee: LINJIANG DONGFENG NON-FERROUS METALS CO LTD
Current assignee: LINJIANG DONGFENG NON-FERROUS METALS CO LTD
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明涉及一种含稀土耐热镁合金，其特征在于：按质量百分数wt％计算由以下化学成分组成：Al：3.5-4.4，RE：5.5-6.4，Mn：0.17-0.25；其中RE为铈，镧和钕，其重量比例为Ce：La：Nd=（35-40）:（60-55）:5。其合金的室温和高温力学性能优于AE44合金，可在180℃/80MPa条件下长期工作，该合金在180℃/80MPa条件下最小蠕变速率不大于1.7×10^-9s^-1,100h最大蠕变伸长量不大于为0.17%，可以用于自动变速箱壳体等对材料高温蠕变性能要求较高的部件的制造。

Description

一种含稀土耐热镁合金

技术领域

本发明涉及一种含稀土耐热镁合金，特别是涉及一种含铈、镧以及钕的Mg-Al-RE系耐热压铸镁合金，属于镁合金材料技术领域。

背景技术

近年来，随着汽车轻量化，以及环保和节能的要求，Mg-Al基轻质压铸镁合金在汽车上得到了推广应用。然而与铝合金相比，镁合金的高温性能较差。目前广泛应用的AZ. AM系列压铸镁合金长期使用温度不能超过120℃，无法用于对高温蠕变性能要求高的汽车动力***部件，因此极大的阻碍了镁合金的进一步应用。目前开发的添加碱土元素的耐热镁合金Mg-Al-Ca (AX)系和和Mg-Al-Sr (AJ)合金存在着热裂敏感性高，合金塑性较差等缺点。添加稀土元素可以显著提高镁合金耐热性能，国内外已经进行了大量的开发与研究工作，然而目前开发的含稀土耐热镁合金主要是采用纯稀土或是镁稀土二元中间合金来实现稀土合金化，随着国际市场稀土价格的不断攀升，添加稀土的镁合金成本不断上升，使其应用成本不断增加，限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含稀土耐热镁合金，其采用已经分离Nd和Pr后的铈镧混合稀土（其成分为稀土铈和镧）作为合金化的主要原料，可显著降低稀土镁合金应用成本，同时辅以添加少量的钕，以实现良好的抗高温蠕变性能；该合金具有成本低，性能优良的特点，可在180℃/80MPa条件下可长期工作。

本发明的技术方案是这样实现的：一种含稀土耐热镁合金，其特征在于：按质量百分比Wt%由以下化学成份组成：Al ：3.5-4.4，RE：5.5-6.4，Mn：0.17-0.28，其余为镁。

所述的RE元素为铈，镧和钕。

所述的RE元素的添加即可以采用铈镧混合稀土和钕稀土的方式加入，也可以采用镁-铈镧钕中间合金加入，或是采用镁-铈镧中间合金和稀土钕的方式加入。

所述的RE元素为铈镧稀土合金，其采用的原料为分离Nd和Pr后的铈镧混合稀土，其铈镧的重量百分比为（35-40）:（60-55）。

所述的RE元素为铈镧混合稀土和钕稀土，其重量百分比为Ce：La：Nd=（35-40）:（60-55）:5。

本发明合金的制备方法为：首先按成分配比称料，将纯镁、铝、铝锰中间合金和镁-铈镧钕中间合金（或铈镧稀土和纯钕）预热到200℃，然后将纯镁、铝、铝锰中间合金放入预热到300℃的坩锅中，待温度上升至450℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆和N₂=（3-5）：（997-995）。待加入的炉料完全熔化后，熔体温度达到720℃～740℃时加入镁-铈镧钕中间合金或是铈镧稀土和纯钕，并继续通保护气体，待加入合金熔化后，熔体温度至720～740℃时搅拌5～10分钟，然后通氩气精炼5～10分钟，精炼后静置40分钟，将熔体冷却到680℃～700℃，采用连续铸锭机进行铸锭浇注。

本发明的积极效果：铝是镁合金中主要合金元素，适量的铝能够使合金获得良好的铸造工艺性能，使本发明合金能够适合工业化批量生产；铈镧混合稀土和钕是本发明用于提高合金强度和耐热性能的元素，其强化机理是：一方面，稀土与镁合金中的铝结合生成Al₁₁（Ce，La）₃和A1₂Nd，抑制了热稳定性差的Mg₁₇Al_l2相，有利于提高合金的高温性能；另一方面，Al₁₁（Ce，La）₃和A1₂Nd具有很高的熔点,这些析出相弥散于晶界处，现出很高的热稳定性，可有效的钉扎住晶界阻碍晶界滑移，抑制晶内的位错攀移；另外铈镧混合稀土稀土能够除去熔炼时镁合金熔体中的杂质，达到除气精炼、净化熔体的效果。

锰的作用主要是提高合金的耐腐蚀性能，锰可与镁合金中铁或其他重金属元素形成化合物，使其作为熔渣被排除，从而消除铁或其他重金属元素对镁合金耐蚀性的有害影响。

本发明应用的铈镧混合稀土或是镁-稀土中间合金是采用将普通富铈混合稀土中价值高的Nd、Pr分离出去剩余的低成本的铈镧混合稀土，将此类稀土继续分析提纯工艺成本较高，因此这种铈镧混合稀土一直积压未得到大量应用，成为制约稀土综合利用及平衡发展，铈镧稀土和纯钕在镁合金中的复合添加应用即降低了镁合金的生产成本又实现了稀土资源的综合利用，有利于提高高性能镁合金的竞争能力。

附图说明

图1 为本发明实施例1合金的显微组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

实施例 1

如图1所示，由显微组织可见，添加稀土后，晶界处的热稳定性差的Mg17All2相被显著抑制，稀土与镁合金中的铝结合生成Al₁₁（Ce，La）₃和A1₂ ^Nd主要分布在晶界和晶粒内部。

采用铈镧稀土和纯钕制备含稀土耐热镁合金，重量50Kg,合金化学成分如表1所示：

表1采用铈镧稀土和纯钕制备含稀土耐热镁合金化学成分（Wt%）

Al	RE	RE比例	Mn	Mg
					4.0	3.8	Ce：La：Nd=35:60:5	0.28	余量

制备过程如下：

（1）原料准备：镁锭，重量44.90kg；Al锭，重量 1.07kg; 铈镧稀土，重量1.80kg；钕稀土重量0.09kg；Al-13%Mn中间合金，重量1.07kg；

（2）预处理：将镁锭、铝、铝锰中间合金和铈镧稀土和钕稀土预热到200℃；

（3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将纯镁、铝、铝锰中间合金放入预热到300℃的坩锅中，待温度上升至450℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比为SF₆和N₂=3：997。待加入的炉料完全熔化后，熔体温度达到720℃～740℃时加入铈镧稀土和纯钕，并继续通保护气体，待加入合金熔化后，熔体温度至720～740℃时搅拌5～10分钟，然后通氩气精炼5～10分钟，开始熔炼，熔体温度控制在750-850℃，至原料完全熔化，均匀混合；

（4）浇注铸锭：静置40分钟，将熔体冷却到680℃～700℃，采用自动浇注泵和连续铸锭机进行铸锭浇注，制备铸锭。

实施例 2

采用镁-铈镧钕中间合金制备含稀土耐热镁合金，重量100Kg,合金化学成分如表1所示：

表2 采用镁-铈镧钕中间合金制备含稀土耐热镁合金化学成分（Wt%）

Al	RE	RE比例	Mn	Mg
					4.0	4.2	Ce：La：Nd=40:55:5	0.20	余量

制备过程如下：

（1）原料准备：镁锭，重量74.80kg；铝锭，重量 2.66kg；镁-20%(铈镧钕)稀土中间合金(稀土重量比例，Ce：La：Nd=40:55:5)：，重量21.00kg；Al-13%Mn中间合金，重量1.54kg；

（2）预处理：将镁锭、铝锭、铝锰中间合金和镁-20%(铈镧钕)稀土中间合金预热到200℃；

（3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将纯镁、铝、铝锰中间合金放入预热到300℃的坩锅中，待温度上升至450℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比例为SF₆：N₂=4：996。待加入的炉料完全熔化后，熔体温度达到720℃～740℃时加入镁-20%(铈镧钕)稀土中间合金，并继续通保护气体，待加入合金熔化后，熔体温度至720～740℃时搅拌5～10分钟，然后通氩气精炼5～10分钟，开始熔炼，熔体温度控制在750-850℃，至原料完全熔化，均匀混合；

实施例3：

采用镁-铈镧钕中间合金和钕稀土制备含稀土耐热镁合金，重量100Kg,合金化学成分如表1所示：

表3 采用镁-铈镧钕中间合金和钕稀土制备含稀土耐热镁合金化学成分（Wt%）

Al	RE	RE比例	Mn	Mg
					4.1	3.9	Ce：La：Nd=38:57:5	0.25	余量

制备过程如下：

（1）原料准备：镁锭，重量77.46kg；铝锭，重量 1.89kg；镁-20%(铈镧)稀土中间合金(稀土重量比例，Ce：La =38:57)，重量18.53kg；钕稀土，重量0.20 kg；Al-13%Mn中间合金，重量1.92kg；

（2）预处理：将镁锭、铝锭、铝锰中间合金、镁-20%(铈镧)稀土中间合金和钕稀土预热到200℃；

（3）熔炼：启动电阻熔炼炉，将纯镁、铝、铝锰中间合金放入预热到300℃的坩锅中，待温度上升至450℃通入SF₆和N₂混合保护气体，混合气体体积比例为SF₆：N₂=4：996。待加入的炉料完全熔化后，熔体温度达到720℃～740℃时加入镁-20%(铈镧)稀土中间合金和钕稀土，并继续通保护气体，待加入合金熔化后，熔体温度至720～740℃时搅拌5～10分钟，然后通氩气精炼5～10分钟，开始熔炼，熔体温度控制在750-850℃，至原料完全熔化，均匀混合；

表4 本发明实施例室温力学性能与AE44的比较

合金	断裂强度（MPa）	屈服强度（MPa）	延伸率（%）
				实施例1	252	142	15
实施例2	238	135	13
				实施例3	244	133	12
AE44	222	145	3

表5 本发明实施例高温蠕变性能与AE44的比较

Figure 2012102940737100002DEST_PATH_IMAGE001

AE44是挪威海德鲁镁业开发的耐热抗蠕变合金，已经成功的用于发动机托架的制造，并进入批量生产，表4和表5中的数据是采用在完全相同的制备条件下获得的测试试样在完全相同测试条件下获得的测试数据。

Claims

1.一种含稀土耐热镁合金，其特征在于：按质量百分数wt％计算由以下化学成分组成：Al ：3.5-4.4，RE：5.5-6.4，Mn：0.17-0.28，其余为镁。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土耐热镁合金，其特征在于所述的RE元素为铈，镧和钕。

3.根据权利要求1所述的一种含稀土耐热镁合金，其特征在于RE元素为铈镧混合稀土和钕稀土，或镁-铈镧钕中间合金，或镁-铈镧中间合金和稀土钕。

4.根据权利要求1所述的一种含稀土耐热镁合金，其特征在于RE元素的铈镧稀土合金化采用的原材料为分离Nd和Pr后的铈镧混合稀土，其铈镧的重量百分比为（35-40）:（60-55）。

5.根据权利要求1所述的一种含稀土耐热镁合金，其特征在于RE元素的铈镧混合稀土和钕稀土重量百分比为Ce：La：Nd=（35-40）:（60-55）:5。