CN105220045A - 一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金，其特征在于：合金组分的质量分数为：Al：8.0，Zn：0.5，Mn：0.2，Ce/Y:1.0,其余为Mg。其制备工艺，其特征在于：采用纯镁、纯锌和纯铝及Mg-20%Ce、Mg-30%Y、Al-13%Mn的中间合金配制，进行熔炼，采用熔剂保护，740℃进行精炼，精炼后加入稀土元素，搅拌后静置30min，然后降温至640℃进行除铁，升温至691℃，采用半连续铸造工艺浇铸成d95mm铸锭，其中，铸造速度120mm/min，冷却水量70L/min，对铸锭进行400℃、12h固溶处理，然后进行时效处理，时效温度为177℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金及其制备工艺。
背景技术
镁合金板材是航空、航天工业不可缺少的材料。航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省，前者是后者的近100倍，而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。正因为如此，航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用。现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85%，高强度、耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好，在飞机上应用更有优势。
镁合金是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。军工上应用，如直升机、歼击机都要大量使用；坦克、装甲车、军用吉普车、枪械武器等等，可使单兵综合作战***降到6.37Kg。用镁板制造子弹壳、炮弹壳，使单兵子弹负载增加一倍。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金及其制备工艺，以获得性能优异的AZ91镁合金。
本发明的技术方案是：一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金，合金组分的质量分数为：Al：8.0，Zn：0.5，Mn：0.2，Ce/Y:1.0,其余为Mg。
一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金的制备工艺，采用纯镁、纯锌和纯铝及Mg-20%Ce、Mg-30%Y、Al-13%Mn的中间合金配制，进行熔炼，采用熔剂保护，740℃进行精炼，精炼后加入稀土元素，搅拌后静置30min，然后降温至640℃进行除铁，升温至691℃，采用半连续铸造工艺浇铸成d95mm铸锭，其中，铸造速度120mm/min，冷却水量70L/min，对铸锭进行400℃、12h固溶处理，然后进行时效处理。
时效温度为177℃。
本发明的有益效果：
1)稀土元素Y能够在AZ91合金熔炼过程中通过同Al、Fe、Mn等元素以化合物的形式沉淀，起到降低Fe含量的作用，同时，合金中Y含量也明显损失。
2)AZ91合金中分别添加稀土Ce和Y后，可以显著细化合金的铸态组织，β-Mg17Al12相由连续网状分布转变为弥散断续状分布，并在晶界上分别析出针状Al11Ce3相和块状Al2Y相。
3)稀土元素能够显著细化AZ91合金的挤压再结晶晶粒，由于稀土Ce和Y能够抑制连续β-Mg17Al12相的析出，导致合金达到时效峰值硬化的时间被延长；通过人工时效，AZ91+Y合金的性能最高，抗拉强度和伸长率分别是390MPa和6%，AZ91+Ce合金的性能最低，抗拉强度和伸长率分别是355MPa和9%。
具体实施方式
试验合金采用纯镁、纯锌和纯铝及Mg-20%Ce(质量分数)、Mg-30%Y、Al-13%Mn的中间合金配制，合金成分如表1所列。在电阻炉中熔炼，采用熔剂保护，740℃进行精炼，精炼后加入稀土元素，搅拌后静置30min，然后降温至640℃进行除铁，升温至691℃，采用半连续铸造工艺浇铸成d95mm铸锭，其中，铸造速度120mm/min，冷却水量70L/min，为了确定合金在熔炼过程中的化学成分变化，分别在合金熔炼过程中的不同阶段分别取样进行成分分析。对铸锭进行400℃、12h固溶处理，铸锭经锯切、车皮(d92mm)后，在630t挤压机上挤压成d20mm圆棒，挤压温度为391℃，挤压比为22，时效温度为177℃，硬度测试采用布氏硬度仪进行测定，载荷294N，保压时间为15s，拉伸试验的试样标尺为d6mm×30mm，拉伸速度为2mm/min；采用X线衍射(XRD)、MEF4徕卡光学显微镜、Quanta250场发射环境扫描电子显微镜、JEM-2000EX透射电镜对合金的微观结构和相组成进行观察与分析；化学成分通过直读光谱仪和等离子耦合原子吸收光谱(ICP)测定。
表1合金的设计成分
| 编号 | Al | Zn | Mn | Ce | Y |
| AZ91 | 8.0 | 0.5 | 0.2 | ?? | ?? |
| AZ91+Ce | 8.0 | 0.5 | 0.2 | 1.0 | ?? |
| AZ91+Y | 8.0 | 0.5 | 0.2 | ?? | 1.0 |
铸态AZ91合金呈现典型的离异共晶形貌特征，晶粒较为粗大，其铸态组织主要由α-Mg相和离异共晶相构成，共晶相主要沿晶界呈连续或半连续网状分布。加入稀土后，合金晶界共晶相被明显细化，除α-Mg相和离异共晶相外，还在晶界处析出了新相。当AZ91中加入Ce后，合金中新相呈深色的杆状或针状，离异共晶相减少，由连续或半连续的网状结构转变为弥散分布着的岛状结构；当AZ91中加入Y后，共晶相的分布与数量和添加Ce的合金相似，但合金中的新相是一种多边形块状结构。
金力学性能随时效时间的变化与合金硬度随时效时间的变化是一致的。其中，AZ91+Y的时效反应最强，抗拉强度和屈服强度通过时效增加的幅度是40MPa和25MPa；其次是AZ91合金，抗拉强度和屈服强度通过时效增加的幅度均是22MPa；AZ91+Ce合金的时效强化幅度最小，合金的抗拉强度和屈服强度也最小。可以看出，合金的断裂伸长率与强度结果正好相反，AZ91+Ce合金的断裂伸长率最高，AZ91+Y合金的断裂伸长率最低。这表明添加Y元素能够提高AZ91合金的抗拉强度和屈服强度，添加Ce元素能够提高AZ91合金的塑性，但降低了合金的强度。
| 抗拉强度MPa | 延伸率% | |
| AZ91 | 324 | 5.5 |
| AZ91+Ce | 355 | 6 |
| AZ91+Y | 390 | 9 |
Claims (3)
1.一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金，其特征在于：合金组分的质量分数为：Al：8.0，Zn：0.5，Mn：0.2，Ce/Y:1.0,其余为Mg。
2.如权利要求1所述的一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金的制备工艺，其特征在于：采用纯镁、纯锌和纯铝及Mg-20%Ce、Mg-30%Y、Al-13%Mn的中间合金配制，进行熔炼，采用熔剂保护，740℃进行精炼，精炼后加入稀土元素，搅拌后静置30min，然后降温至640℃进行除铁，升温至691℃，采用半连续铸造工艺浇铸成d95mm铸锭，其中，铸造速度120mm/min，冷却水量70L/min，对铸锭进行400℃、12h固溶处理，然后进行时效处理。
3.根据权利要求2所述的一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金的制备工艺，其特征在于：时效温度为177℃。
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| CN201410298106.4A CN105220045A (zh) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | 一种添加稀土Y或Ce的AZ91镁合金及其制备工艺 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
- 2014-06-27 CN CN201410298106.4A patent/CN105220045A/zh active Pending
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