CN103757512A

CN103757512A - 一种抗蠕变稀土镁合金

Info

Publication number: CN103757512A
Application number: CN201410001139.8A
Authority: CN
Inventors: 陈君; 李全安; 陈晓亚; 张清; 付三玲; 李梅菊; 陈雷雷; 刘文闯
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-02
Also published as: CN103757512B

Abstract

本发明公开了一种抗蠕变稀土镁合金，由以下重量百分比的组分组成：4%～6%Y，0.5%～2%Zn，0.5%～1.5%Ca，0.5%～1.2%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明的抗蠕变稀土镁合金，具有非常优异的抗蠕变性能，在蠕变温度为250℃，应力为70MPa条件下100小时总蠕变量不大于0.24%，稳态蠕变速率为8.48×10^-9s^-1，具有明显优于WE43镁合金的蠕变性能；与商用镁合金WE43合金相比，本发明的抗蠕变镁合金中稀土用量减少，适量添加了Ca、Zn和Sb等廉价元素，明显降低了成本，抗蠕变性能得到显著改善，在航空航天、汽车工业、武器装备等方面有着广阔的应用前景。

Description

一种抗蠕变稀土镁合金

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种抗蠕变稀土镁合金。

背景技术

镁及镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，在许多领域应用都有十分显著的优势，特别是在航空、航天和汽车、摩托车、高速轻轨列车方面具有难以替代的优势，但是，镁合金的强度和耐热性能不佳，严重阻碍其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用，因此提高镁合金的强度和耐热性能是发展镁合金材料的重要课题。

现有的抗蠕变镁合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在镁基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高镁合金热强性和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土（RE）是提高镁合金蠕变能最有效的合金元素。大部分稀土元素在镁中具有较大的固溶度极限，而且随温度下降，固溶度急剧减少，得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土化合物相；稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界（主要是晶界）的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了镁合金的抗蠕变性能；同时，稀土元素在镁基体中的扩散速率较慢，这使得Mg-RE合金适于在较高温度环境下长期工作。Mg-RE（如Mg-Y系）合金是重要的抗蠕变镁合金系，具有较高的高温强度和优良的抗蠕变性能。当前在200～300℃下长期工作的镁合金零部件均为Mg-RE系合金，Mg-RE系成为发展抗蠕变镁合金的一个重要合金系。

作为镁和稀土资源大国，中国关于稀土镁合金的研究近年来不断增多和深入，稀土镁合金的成功研发将有助于我们利用这一优势。目前的商业耐热镁合金如WE43，其存在的主要不足是抗蠕变性能不高，还不能完全满足航空航天、军工、汽车及其它行业在较宽的作业温度范围特别是在200℃-300℃下使用时对抗蠕变性能的更高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗蠕变稀土镁合金，

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种抗蠕变稀土镁合金，由以下重量百分比的组分组成：4%～6%Y，0.5%～2%Zn，0.5%～1.5%Ca，0.5%～1.2%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。

所述的Y、Zn、Ca、Sb的质量百分比之和为7%～9%。

所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.2%。

所述抗蠕变稀土镁合金是由镁、锑、锌和中间合金Mg-Y、Mg-Ca为原料熔炼铸造并经过固溶和时效热处理制成的。

按上述组分配制合金，其熔铸工艺为：采用刚玉坩埚、中频感应炉，在CO₂+SF₆混合气体保护下熔炼，先加入Mg，熔化后加入Zn、Sb和中间合金，待镁液升温至750℃时，浇铸到钢制模具中，得铸态镁合金，后进行热处理。所述热处理是对铸态镁合金依次进行固溶处理和时效处理。所述固溶处理的处理温度为525℃，处理时间为8小时。所述时效处理的处理温度为250℃，处理时间为16小时。

本发明的抗蠕变稀土镁合金的合金组分为Mg-Y-Zn-Ca-Sb。本发明采用Y为第一组分，Y在Mg固溶体中的最大固溶度为12wt%，为保证合金得到良好的时效析出强化和固溶强化效果，Y的加入量不低于4wt%，同时为了避免合金密度增加太多，以及合金过分脆化，因此本发明的Y加入量不高于6wt%；加入少量的Zn可以提高镁合金铸件的抗蠕变性能，过量Zn的加入影响固溶效果，不能充分发挥时效强化效果；少量Ca的加入可与Mg生成高熔点强化相Mg₂Ca改善镁合金的高温性能，改善高温强度和抗蠕变性能，但Ca过量会影响铸造性能，因此本发明的Ca加入量不高于1.5wt%；加入少量的Sb，可以在基体中析出热稳定性的Mg₃Sb₂，在高温下有效地强化了基体，抑制了高温下晶界的滑移，本发明的Sb加入量不高于1.2wt%；综合利用稀土元素（Y）、碱土元素（Ca）和其他元素（Sb、Zn）的强化作用，进一步提高合金的抗蠕变性能。

本发明的抗蠕变稀土镁合金，合金组分为Mg-Y-Zn-Ca-Sb，具有非常优异的抗蠕变性能，在蠕变温度为250℃，应力为70MPa条件下100小时总蠕变量不大于0.24%，稳态蠕变速率为8.48×10^-9s^-1；而WE43镁合金在蠕变温度为250℃，应力为60MPa条件下100小时的稳态蠕变速率为4.46×10^-8s^-1，本发明的抗蠕变稀土镁合金具有明显优于WE43镁合金的蠕变性能。与商用镁合金WE43合金相比，本发明的抗蠕变镁合金中稀土用量减少，适量添加了Ca、Zn和Sb等廉价元素，明显降低了成本，抗蠕变性能得到显著改善，在航空航天、汽车工业、武器装备等方面有着广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明具体实施方式中涉及到的原料镁（Mg）、锑（Sb）、Zn（锌），中间合金Mg-Y、Mg-Ca均为市售产品。所述原料的纯度为99.8%的Mg，99.5%的Sb和Zn，99.8%的Mg-20%Y和Mg-25%Ca。

实施例1

本实施例的抗蠕变稀土镁合金，由以下重量百分比的组分组成：4%Y，2%Zn，1.5%Ca，0.5%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.2%。合金元素总含量为8%。

本实施例所得抗蠕变稀土镁合金，其在蠕变温度为250℃，应力为70MPa条件下100小时的总蠕变量为0.21%，稳态蠕变速率为7.51×10^-9s^-1。

实施例2

本实施例的抗蠕变稀土镁合金，由以下重量百分比的组分组成：5%Y，1.5%Zn，1%Ca，0.8%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.2%。合金元素总含量为8.3%。

本实施例所得抗蠕变稀土镁合金，其在蠕变温度为250℃，应力为70MPa条件下100小时的总蠕变量为0.24%，稳态蠕变速率为8.48×10^-9s^-1。

实施例3

本实施例的抗蠕变稀土镁合金，由以下重量百分比的组分组成：6%Y，0.5%Zn，0.5%Ca，1.2%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.2%。合金元素总含量为8.2%。

本实施例所得抗蠕变稀土镁合金，其在蠕变温度为250℃，应力为70MPa条件下100小时的总蠕变量为0.19%，稳态蠕变速率为6.18×10^-9s^-1。

Claims

1.一种抗蠕变稀土镁合金，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：4%～6%Y，0.5%～2%Zn，0.5%～1.5%Ca，0.5%～1.2%Sb，余量为Mg和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的抗蠕变稀土镁合金，其特征在于：所述的Y、Zn、Ca、Sb的质量百分比之和为7%～9%。

3.根据权利要求1所述的抗蠕变稀土镁合金，其特征在于：所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.2%。

4.根据权利要求1、2或3所述的抗蠕变稀土镁合金，其特征在于：所述抗蠕变稀土镁合金是由镁、锑、锌和中间合金Mg-Y、Mg-Ca为原料熔炼铸造并经过固溶和时效热处理制成的。