一种耐热稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热稀土镁合金，其质量百分比的组分组成为：3.0~5.0% Al，0.1~3.5% Ce，0.1~3.5% La，0.1~3.5% Sm，0.1~0.5% Mn，84.0%~96.6%Mg。本发明专利技术的耐热稀土镁合金在常温与高温下具有良好的力学性能，在常温20℃下的抗拉强度为243MPa~264MPa，屈服强度为138MPa~147MPa，延伸率为13.0％~15.5％；在150℃下的抗拉强度为137MPa~151MPa，屈服强度为101MPa~113MPa，延伸率为30％~34.5％；在200℃下的抗拉强度为112MPa~125MPa，屈服强度90MPa~103MPa，延伸率为27％~30％。本发明专利技术还提供了一种耐热稀土镁合金的制备方法，经过原料预热，熔炼，合金化，搅拌保温捞渣，精炼，静置扒渣等步骤得到纯净且均匀化的镁合金液，最后压铸得到耐热稀土镁合金。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热稀土镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种耐热稀土镁合金及其制备方法。
技术介绍
汽车轻量化设计是指在保证汽车产品使用、安全性能和成本控制的前提下，依靠材料轻量化、设计技术轻量化和制造技术轻量化的有机结合。在汽车工业中，汽车轻量化是技术发展的必然趋势。汽车重量每减重100kg，每百公里油耗可下降0.3~0.5L，同时有利于减少尾气排放，起到环保的作用。镁合金是迄今为止最轻的金属结构材料，其密度仅相当于铝的2/3，钢的1/4，使其拥有很高的比强度及比刚度。另外，镁合金还具有良好的阻尼减震性、机械加工性、尺寸稳定性和易回收等特点，使其被广泛运用于3C产业、汽车制造和航空航天配件等方面。常规镁合金的价格虽然相对便宜，但高温性能较差，限制其运用于耐热零部件，在常规镁合金中添加稀土元素可以提高镁合金高温性能，现有技术中，常见的耐热镁合金有AE44（E为Ce、La、Pr、Nd）和AlCeLa44，AE44含有贵稀土Pr和Nd，成本极高；AlCeLa44不含稀土Pr和Nd，有效降低了成本，但Ce和La在Mg中的固溶度低，固溶强化的效果较差。本专利技术在AlCeLa44的基础上引入稀土元素Sm，其在Mg中的固溶度大，并且Sm与Al结合形成Al2Sm相，从而抑制了Mg17Al12相的生成，提高耐热镁合金在高温下的力学性能，制备成本比AlCeLa44更低。本专利技术的耐热稀土镁合金在高温下具有较好的力学性能，在150℃时的抗拉强度为137MPa~151MPa，屈服强度为101MPa~113MPa，延伸率为30％~34.5％；在200℃时的抗拉强度为112MPa~125MPa，屈服强度90MPa~103MPa，延伸率为27％~30％。本专利技术还提供了一种镁合金的制备方法，包括料预热，熔炼，合金化，精炼等步骤得到纯净且均匀化的镁合金液，最后压铸得到耐热稀土镁合金，本制备方法得到的产品更纯净均匀，品质高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐热稀土镁合金，在保持高温抗拉强度的同时，具有较高的品质。本专利技术的另一个目的是提供一种耐热稀土镁合金的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种耐热稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：3.0~5.0%Al，0.1~3.5%Ce，0.1~3.5%La，0.1~3.5%Sm，0.1~0.5%Mn，84.0%~96.6%Mg。优选的，所述耐热稀土镁合金，质量百分比组成为：3.5~4.5%Al，1.0~2.0%Ce，1.0~2.0%La，0.5~1.5%Sm，0.2~0.35%Mn，89.6%~93.8%Mg。所述金属Al和金属Mg的纯度优选为不低于99.7%，金属Mg的烧损率按照5%计算，金属Al的烧损率按照8%计算；所述Ce和La以镁铈镧中间合金形式添加，所述Ce与La在镁铈镧中间合金中的质量总含量优选为30%，所述Ce和La的烧损率均按照20%计算；所述Sm以镁钐中间合金形式添加，Sm在镁钐中间合金中的质量含量为20%，并且Sm的烧损率按照25%计算；所述Mn为纯Mn粉或镁锰中间合金形式添加，当以镁锰中间合金形式添加时，所述Mn在Mg-Mn中间合金中的质量含量为5%，所述镁锰中间合金需要优先预计0.15%的除铁使用量，烧损率按照4%计算。本专利技术提供了一种耐热稀土镁合金的制备方法，包括下列步骤：S1.将原料金属Mg、金属Al、镁铈镧中间合金体、镁钐中间合金体和镁锰中间合金体预热；S2.将预热好的金属Mg和镁锰中间合金体在保护气体N2和SF6下熔炼，得到中间镁合金液；S3.将金属Al、镁铈镧中间合金和镁钐中间合金依次加入S2的中间合金液中融化得到镁合金液；每熔化一种合金或金属后，进行人工搅拌3min，然后再静置5min。S4.将S3中得到的镁合金液进行搅拌，保温，捞渣后得到均匀化的镁合金液；S5.将S4中得到的镁合金液进行精炼，降温，静置及扒渣后得到纯净的均匀化镁合金液；S6.将S5中得到的镁合金液进行压铸，得到镁合金试样。优选的，S1中的预热温度为220~330℃，预热时间为0.5~3.0H。优选的，S2中优选对熔炼设备及操作工具进行预热，所述预热温度优选为300~450℃，更优选为390~410℃；熔炼温度为710~760℃，更优选为720~750℃；，N2的流量优选为0.8~1.8m3/H，更优选为0.9~1.1m3/H，SF6的流量为0.25~0.65ml/min，更优选为0.3~0.4ml/min。优选的，所述S3中的加料温度均为710~760℃，更优选为730~740℃；搅拌时间优选为3~7min，更优选为3~4min；加料间隔时间优选为5~10min，更优选为5~6min。优选的，所述步骤S4中的搅拌温度为710~740℃，更优选为710~720℃；搅拌时间为10~25min，更优选为15~17min。优选的，所述步骤S4中的保温温度为700~730℃，；保温时间为15~30min。优选的，所述步骤S5中的精炼温度为700~720℃，更优选为710~720℃；精炼时间为10~30min，更优选为25~30min；精炼剂Ar流量为0.1~0.5m3/H。优选的，所述步骤S5中的静置温度为680~710℃，更优选为700~710℃；静置时间为20~60min，更优选为30~35min。优选的，所述步骤S6中的压铸温度为680~710℃，更优选为695~705℃。本专利技术的耐热稀土镁合金，组分为Mg-Al-La-Ce-Sm-Mn，比现有技术中常见的耐热镁合金AlCeLa44多引入了一种稀土元素Sm，并改进了各成分组成的比例。Al是耐热镁合金中最常见的合金元素，在Mg中的最大固溶度达12.7%，并且Al和Mg会反应生成β-Mg17Al12相，β-Mg17Al12相在高温下易发生软化、粗化，不能有效钉扎晶界，高温力学性能性能较差，β-Mg17Al12相随着Al含量的增加而增多，而Al的含量在5%~6.0%时，Mg-Al系合金具有最佳的强度和延展性组合，所以综合考虑Al含量选择为3.0~5.0%。Ce加入Mg-Al系中可以提高镁合金的抗氧化燃烧性和耐腐蚀性能，细化组织晶粒并且同时形成可强化第二相的Al4Ce化合物，提高镁合金的力学性能；La加入Mg-Al系中会形成Al11La3相，阻碍β-Mg17Al12的生成，但Ce和La在Mg中的固溶度低，固溶强化的效果较差，所以Ce和La的质量含量控制在0.1~3.5%。Sm在Mg中的最大固溶度达5.88%，加入Mg-Al合金中可生成高热稳定性的Al2Sm相（熔点为1500℃），有效抑制低熔点β-Mg17Al12相相的析出，从而提高其高温力学性能。有研究表明，Mg-Al系合金加入1.5%Sm后的组织与力学性能达到最好。所以Sm含量选择为0.1~3.5%。Mn的主要作用是降低了有害杂质元素Fe的含量，Mn的质量含量选择为0.1~0.5%。本专利技术达到的有益效果如下：按照本专利技术的原料配比以及控制生产工艺参数得到的耐热稀土镁合金，在常温与高温下较AlCeLa44具有更好的力学性能。在常温20℃下，本专利技术的耐热稀土镁合金抗拉强度较AlCeLa44提高2.3%，屈服强度提高4.3%，延伸率提高4%；在150℃下，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热稀土镁合金，其特征在于：组分的质量百分比组成包括：3.0~5.0% Al、0.1~3.5% Ce、0.1~3.5% La、0.1~3.5% Sm、84.0%~96.6%Mg和0.1~0.5% Mn；所述Ce和La以镁铈镧中间合金形式添加，所述Sm以镁钐中间合金形式添加，所述Mn以锰粉或镁锰中间合金形式添加。

【技术特征摘要】
1.一种耐热稀土镁合金，其特征在于：组分的质量百分比组成包括：3.0~5.0%Al、0.1~3.5%Ce、0.1~3.5%La、0.1~3.5%Sm、84.0%~96.6%Mg和0.1~0.5%Mn；所述Ce和La以镁铈镧中间合金形式添加，所述Sm以镁钐中间合金形式添加，所述Mn以锰粉或镁锰中间合金形式添加。2.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于：组分的质量百分比组成包括：3.5~4.5%Al、1.0~2.0%Ce、1.0~2.0%La、0.5~1.5%Sm、0.2~0.35%Mn和89.6%~93.8%Mg。3.一种根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：S1.将原料金属Mg、金属Al、镁铈镧中间合金、镁钐中间合金和镁锰中间合金预热，熔炼，合金化得到镁合金液；所述预热中，预热温度为220~330℃，预热时间为0.5~3.0H；S2.将S1中得到的镁合金液进行搅拌，保温及捞渣后得到均匀化的镁合金液；S3.将S2中得到的镁合金液精炼，静置，扒渣后得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远发，张亚琴，刘海平，樊晓泽，刘德茂，黄维中，宋卓能，唐定骧，
申请(专利权)人：嘉瑞科技惠州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44