CN115261694A - 一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金 - Google Patents

一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金 Download PDF

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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

一种适用于电弧增材制造的稀土镁合金
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
Figure BDA0003605606270000051
Figure BDA0003605606270000061
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
Figure BDA0003605606270000062
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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