CN115261694A - 一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比计,成分为:钆Gd:8.0~12.0%,钇Y:2.5~4.5%,锌Zn:0.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg,将本发明提供的稀土镁合金丝材制造的堆积体,经过固溶和时效热处理后,抗拉强度大于350MPa,屈服强度大于220MPa,延伸率大于8%,且横纵向力学性能一致,具有较广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域,尤其涉及一种适用于电弧增材制造的稀土镁 合金。
背景技术
镁合金密度小、比刚度高、比弹性模量大、散热性好、易于切削加工, 并且具备很好的电磁屏蔽性能、阻尼减振性能以及加工成本低等优点,是航 空航天、武器装备、汽车、3C产品等元器件的理想选材。目前镁合金应用零 部件的制造主要采用铸造工艺,但对大型复杂镁合金铸件,其制造一直存在 着严重的局限性,主要包括:(1)大型复杂构件铸造成形质量控制困难,产 品合格率低:薄壁结构极易出现局部冷隔现象而造成孔洞缺陷;厚大结构极 易出现严重偏析等问题。(2)大型复杂构件铸造产品各部位力学性能一致性 差:铸造缺陷控制是保证产品质量的关键,但大型构件铸造其成分严重宏观 偏析难以有效控制,造成产品各部位力学性能偏差较大,产品整体性能偏低。 (3)成形零件尺寸受限,目前我国常用低压和差压铸造设备生产镁合金构件 尺度最大约2m,更大的零件需要更大的设备,制造柔性差,且熔体越大, 安全风险越大。
电弧增材增材制造,作为一种新兴的制造方法,具有成形工艺灵活、材 料利用率高、成本低、堆积体力学性能优良等优点,尤其实用于制造复杂度 交底的大中型零部件。
已有一些利用传统镁合金进行电弧增材制造的报道,但强度均不高,无 法满足工业使用的要求,例如AZ80镁合金,屈服强度198MPa,抗拉强度 278MPa,延伸率11%。目前,镁合金电弧增材制造,堆积体抗拉强度大于 350MPa,屈服强度大于220MPa的镁合金还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,本发明稀 土镁合金的丝材制造的堆积体,经过固溶和时效热处理后,抗拉强度大于 350MPa,屈服强度大于220MPa,延伸率大于8%,且横纵向力学性能一致, 具有较广阔的应用前景。
为解决上述问题,本发明的技术方案为:
一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比计,成分为:钆 Gd:8.0~12.0%,钇Y:2.5~4.5%,锌Zn:0.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%, 其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
优选地,按质量百分比计,成分为:钆Gd:8.0~10.0%,钇Y:3.0~ 4.0%,锌Zn:1.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%, 其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
优选地,按质量百分比计,成分为:钆Gd:9.0~10.0%,钇Y:3.5~ 4.0%,锌Zn:1.5~2.0%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%, 其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
上述的稀土镁合金在稀土镁合金焊接领域的应用。
上述的稀土镁合金在军工或航空航天领域的应用。
本发明由于采用以上技术方案,使其与现有技术相比具有以下的优点和 积极效果:
本发明提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百 分比计,成分为:钆Gd:8.0~12.0%,钇Y:2.5~4.5%,锌Zn: 0.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂 质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg,将本发明提供的稀土镁合金丝 材制造的堆积体,经过固溶和时效热处理后,抗拉强度大于350MPa, 屈服强度大于220MPa,延伸率大于8%,且横纵向力学性能一致, 具有较广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明提出的一种适用于电弧增材制造 的稀土镁合金作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发 明的优点和特征将更清楚。
本实施例提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比 计,成分为:钆Gd:8.0~12.0%,钇Y:2.5~4.5%,锌Zn:0.5~2.5%, 锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%, 余量为镁Mg。
本实施例为提高现有镁合金的性能,如抗拉强度、屈服强度及延伸率, 加入稀土元素改善镁合金的性能。
钆Gd、钇Y等稀土元素能呈现出显著的固溶强化和时效析出强化效果, 从而提高镁合金的强度。同时稀土元素钆Gd和钇Y能有效弱化基面织构, 降低非基面滑移与基面滑移的CRSS比值,促进非基面位错的滑移,大大改 善镁合金的塑性,降低镁合金挤压和拉拔的难度,有利于在后续的拉拔过程 中获得更长的镁合金丝材。
通过添加高质量分数、原子扩散能力差的稀土元素含量,可以显著增加 镁合金熔点,降低镁合金的挥发系数,有利于在增材等工艺过程中降低合金 元素的损耗,促进熔滴平顺过渡,使得沉积过程稳定、无飞溅;同时还可以 提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程,增加增材构件的固溶强化和析出 强化效果。
通过添加适当质量分数的Zn,引入大体积分数的共格界面析出相结构, 协调塑性变形能力增强,显著增加镁合金强度和韧性;同时分布在晶界上的 共格界面析出相结构,在循环热输入过程中可以抑制晶粒长大,提高沉积态 镁合金的强度和韧性。
通过合金成分优化,调控Zn元素与稀土元素含量比例以及降温速率, 控制两种不同共格界面析出相(分布在晶界上的微米级的块状长程有序结构 相、分布在晶内的纳米级的层片状长程有序结构相)比例,改善高强韧镁合 金协调变形能力,降低高强韧镁合金丝材拉拔等成形难度,有利于实现组织 均匀、晶粒细小的组织调控。
通过添加适当质量分数Zr,在增材过程中促进凝固形核,减小晶粒尺寸;
优选地,按质量百分比计,成分为:钆Gd:8.0~10.0%,钇Y:3.0~ 4.0%,锌Zn:1.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%, 其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
优选地,按质量百分比计,成分为:钆Gd:9.0~10.0%,钇Y:3.5~ 4.0%,锌Zn:1.5~2.0%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%, 其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
上述的稀土镁合金在稀土镁合金焊接领域的应用。
上述的稀土镁合金在军工或航空航天领域的应用。
实施例一
本实施例提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比 计,配料成份(烧损后)为:钆Gd:8.0%,钇Y:4.0%,锌Zn:1.5%, 锆Zr:0.4%,将原料熔炼之后使用半连续铸造工艺制备稀土镁合金铸棒。
实施例二
本实施例提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比 计,配料成份(烧损后)为:钆Gd:9.0%,钇Y:4.0%,锌Zn:1.5%, 锆Zr:0.4%,将原料熔炼之后使用半连续铸造工艺制备稀土镁合金铸棒。
实施例三
本实施例提供了一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,按质量百分比 计,配料成份(烧损后)为:钆Gd:10.0%,钇Y:4.0%,锌Zn:1.5%, 锆Zr:0.4%,将原料熔炼之后使用半连续铸造工艺制备稀土镁合金铸棒。
性能测试:首先将实施例1至3获得的稀土镁合金铸棒切割成若干段, 并放入热处理炉中进行均匀化处理,均匀化工艺为:温度500~530℃,保温 时间6~24h,空冷;均匀化热处理后,采用挤压工艺,将稀土镁合金铸棒挤 压成直径为5mm的稀土镁合金丝材;采用拉拔工艺,将稀土镁合金铸棒拉 拔成直径为1.2mm的稀土镁合金丝材;最后使用稀土镁合金丝材为原料通过 电弧增材工艺制备为200mm×100mm×15mm的稀土镁合金板,以该稀土镁合 金板为样进行性能测试。
根据GB/T 228.1-2010室温拉伸测试的标准,对各实施例在堆积态及峰 值时效态分别进行3组测试,记录各例数据后取平均值,堆积态数据记入表 1,峰值时效态数据记入表2。
表1实施例1至实施例3的稀土镁合金堆积态的力学性能数据
表2实施例1至实施例3的稀土镁合金峰值时效态的力学性能数据
本发明提供的稀土镁合金,其丝材制造的堆积体,经过固溶和时效热处 理后,抗拉强度大于350MPa,屈服强度大于220MPa,延伸率大于8%,且 横纵向力学性能一致,具有较广阔的应用前景。
上面对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上 述实施方式。即使对本发明作出各种变化,倘若这些变化属于本发明 权利要求及其等同技术的范围之内,则仍落入在本发明的保护范围之 中。
Claims (5)
1.一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金,其特征在于,按质量百分比计,成分为:钆Gd:8.0~12.0%,钇Y:2.5~4.5%,锌Zn:0.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
2.根据权利要求1所述的适用于电弧增材制造的稀土镁合金,其特征在于,按质量百分比计,成分为:钆Gd:8.0~10.0%,钇Y:3.0~4.0%,锌Zn:1.5~2.5%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
3.根据权利要求1所述的适用于电弧增材制造的稀土镁合金,其特征在于,按质量百分比计,成分为:钆Gd:9.0~10.0%,钇Y:3.5~4.0%,锌Zn:1.5~2.0%,锆Zr:0.3~0.8%,其他单个杂质元素:≦0.1%,其他杂质元素合计:≦0.2%,余量为镁Mg。
4.权利要求1~3所述的稀土镁合金在稀土镁合金焊接领域的应用。
5.权利要求1~3所述的稀土镁合金在军工或航空航天领域的应用。
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