一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法，所述镁铍稀土压铸合金各组分的质量百分数为：Al：5.5～9.5％，Zn：0.55～1.05％，Mn：0.15～0.45％，RE或Y：0.05％～0.5％，RE或Gd：0.03％～0.3％，Be：0.05～0.3％，其余为Mg，所述镁铍稀土压铸合金不可避免的包含杂质，所述镁铍稀土压铸合金包含Mg

A magnesium beryllium rare earth die casting alloy and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金的结构设计和应用
，特别提供了一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法。
技术介绍
镁铝合金材料是目前结构材料应用中质量最轻的金属材料，它具有比强度高，比刚度高，导电、导热性能好，降噪和电磁屏蔽性能好，切削加工性能好，易于回收等多种优点，广泛应用在航空、汽车制造、3C电子产品中，被誉为未来最具潜力的金属结构材料。目前应用最为广泛的是铸造AZ系镁合金，然而AZ系镁合金材料的常压重力铸造力学性能较低、抗腐蚀性能较差，这严重制约了其应用和推广，一直以来高强、耐腐蚀镁合金材料成为国内外科研工作者的研究热点。一些高校及院所研制出的新型高强、耐蚀压铸镁合金材料，多数仍处于实验室阶段，也有个别已实现中试或批量化生产。目前较为先进的混合气体保护连续定量浇注炉正逐步取代传统的电阻或感应炉熔炼及暴露大气人工舀料。随着压铸机技术的不断发展镁合金压铸工艺也在不断更迭，目前应用较为广泛的是冷室压铸机，压铸机由最初的不到百吨的合模力发展到现在的几千吨。然而对于目前广泛应用的压铸技术而言，存在一个行业痛点，即压射结束后熔解在合金内部的气体无法完全排出，形成许多弥散分布的高压微气孔。这些气孔缺陷很大程度上影响了材料的性能和稳定性。稀土元素在镁合金凝聚结晶以后，富集在晶粒的边界，使合金成分过冷程度加剧，阻止晶粒在高温受热时长大，使枝晶间距减小，晶粒组织因此细化，提高镁合金的强度、韧性等。镁的性质较活泼，其吸氢倾向易使熔炼时的熔液中氢含量增多，当合金冷凝后发生缩松、气孔等铸造缺陷，另外镁氧化后生成的氧化镁也是铸件夹杂物之一。而加入稀土合金后，熔炼时其中的杂质元素因与活泼的稀土元素反应生成氢化物或氧化物，然后形成熔渣上浮或下沉起到除去杂质的效果。杂质的减少有益于提高镁合金的强度和塑性。稀土元素的加入使合金显微组织分布改变，晶粒尺寸减小、合金表面氧化膜趋向稳定、合金内部杂质净化，以此提高镁合金的耐蚀性能。添加稀土元素来细化晶体，提高镁合金的综合力学性能，取得了较好的实验效果。目前多种牌号的稀土镁合金材料制备工艺日趋成熟，并应用于工业化生产中。Y能提高合金的强化效果及抗蠕变性能，随着Y含量的增加合金晶粒及晶界处的组织明显细化。与Nd、Y元素相比相同含量的Ce(1.0wt％)产生的晶粒细化效果更明显但，由于Nd、Y元素的固溶强化作用加入Nd、Y元素更能提高合金的力学性能。少量的铈镧混合稀土(0～1.0wt％)对AZ系压铸镁合金显微组织和蠕变性能的影响—结果表明加入铈镧混合稀土有效地细化了合金的微观组织，抑制低熔点Mg17Al12相的数量与尺寸，而且在晶界生成针状高温热稳定Al11(Ce，La)3相，随着铈镧混合稀土含量从0.1％增加到0.5％，合金在常温及150℃高温的力学性能达到最大值，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为265、188MPa、3.6％和158、132MPa、12％。复合添加Y、Ca合金元素可以更明显细化合金晶粒，且降低成本；随Ca含量的增加Al2Y相尺寸减小，分布更加弥散，导致合金力学性能提高。铍元素也是六方晶格结构，也能够与镁形成共晶格结构，细化晶粒，提商镁合金的强度和塑性。镁合金主要以初生的α-Mg相和晶界附近网状、点状分布的β-Mg17Al12组成。加入Ga后，粗大的α-Mg晶粒得到细化，粗大网状分布的β-Mg17Al12相开始分散，同时出现细小的条、块状组织。随着Ga加入量的增加，β-Mg17Al12相网状分布断开，晶粒尺寸逐渐减小，数量也相应减少。通过X射线衍射分析，加入稀土元素Ga后本专利镁合金压铸态组织主要为α-Mg相β-Mg17Al12相和Al3Ga相组成。稀土元素Ga与镁合金中的Al结合生成杆状稀土化合物Al3Ga，分布在α-Mg的晶界和枝晶界间打乱了网状分布β-Mg17Al12相格局。随着Ga的加入量提高，Al3Ga将进一步消耗了Al元素，导致β-Mg17Al12相相应减少。铍的密度小于镁的密度，在镁合金熔炼时，能够上浮于镁合金熔液的表面，形成表面氧化铍薄膜，氧化铍的致密度大于1，能够形成致密的氧化膜，阻止氧进入镁合金熔体中，阻止镁合金的氧化：在镁合金处于高温状态时，镁合金中铍元素氧化以后的致密度大于氧化镁，体积尺寸小于氧化镁的尺寸，能填补氧化镁之间的空洞，阻碍氧气与镁合金基体的接触，提高镁合金材料的抗高温氧化性能。铍对镁合金材料提高高温性能的研究已经取得了突破性的进展，即将进入工业化生产和相关标淮的制定中。其中在材料成分方面尤以添加铍元素来提高镁合金的抗高温性能。人们迫切希望获得一种技术效果优良的镁铍稀土压铸合金及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果优良的镁铍稀土压铸合金及其制备方法。所述镁铍稀土压铸合金各组分的质量百分数为：Al：5.5～9.5％，Zn：0.55～1.05％，Mn：0.15～0.45％，RE或Y：0.05％～0.5％，RE或Gd：0.03％～0.3％，Be：0.05～0.3％，其余为Mg，所述镁铍稀土压铸合金不可避免的包含杂质，含量控制范围为Si：≤0.05％，Cu：≤0.025％，Ni：≤0.001，Fe：≤0.004％所述镁铍稀土压铸合金的制备方法具体步骤如下，①原材料准备：纯镁锭、纯Zn、Mn-Mg、A1-Be、Mg-RE或Mg-Y或Mg-Gd中间合金，合金其他杂质元素含量按《GB/T8735》标准执行；可自制或订购Mg-Be或Al-Be，中间合金Mg-RE可以是Mg-Y，Y％为25％～30％，或Mg-Gd，Gd％为25％～30％，或Mg-Y与Mg-Gd按不同比例的组合。②熔炼：首先进行纯Mg锭的熔化，待纯镁完全熔化后随即加入纯锌，保持炉温不断升高的同时进行机械搅拌处理，10～20min后加入Mg-RE或Mg-Y或Mg-Gd，Mg-RE的加入温度控制在560℃～650℃之间，当温度达到680℃～690℃之间后加入Mn-Mg，保温10～20分钟最后加入A1-Be，定量炉的浇注与压铸机的压射为全自动连续作业，浇注温度控制在680℃～700℃之间，镁合金液在压射料筒停留时间为3s～5s，减少合金液与大气接触的时间，防止合金液被氧化，熔炼期间全程通入SF6+N2混合保护气体；③取样：合金熔炼好后，从炉中取样进行Al、Mn、Zn元素的成分分析，检测合金成分是否合格；④压铸：进行合金压铸操作，压铸模具采用H13模具钢，其中，压铸所用冷室压铸机工艺参数为—压射压力：120Mpa～135Mpa，增压压力设定为100Mpa～120Mpa，冷却时间：3s～4.5s，压射速度：9m/s～14m/s，脱模时间：5s～8s；⑤热处理：对常温工况条件下要求材料抗拉强度≥300Mpa或150℃工况条件下要求材料抗拉强度≥180Mpa时的工件需进行在线固溶热处理，随后进行时效处理；根据零部件工况与应用要求，此工序为可选项。热处理温度根据工件壁厚与投影面积将在线固溶处理温度设定为380℃～420℃，时间为30～90分钟，冷却方式为水冷；时效处理温度为230～300℃，时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁铍稀土压铸合金，其特征在于：所述镁铍稀土压铸合金各组分的质量百分数为：Al：5.5～9.5％，Zn：0.55～1.05％，Mn：0.15～0.45％，RE或Y：0.05％～0.5％，RE或Gd：0.03％～0.3％，Be：0.05～0.3％，其余为Mg，所述镁铍稀土压铸合金不可避免的包含杂质，含量控制范围为Si：≤0.05％，Cu：≤0.025％，Ni：≤0.001，Fe：≤0.004％。/n

【技术特征摘要】
1.一种镁铍稀土压铸合金，其特征在于：所述镁铍稀土压铸合金各组分的质量百分数为：Al：5.5～9.5％，Zn：0.55～1.05％，Mn：0.15～0.45％，RE或Y：0.05％～0.5％，RE或Gd：0.03％～0.3％，Be：0.05～0.3％，其余为Mg，所述镁铍稀土压铸合金不可避免的包含杂质，含量控制范围为Si：≤0.05％，Cu：≤0.025％，Ni：≤0.001，Fe：≤0.004％。


2.一种镁铍稀土压铸合金制备方法，其特征在于：制备如权利要求1所述镁铍稀土压铸合金的方法具体步骤如下，
①原材料准备：纯镁锭、纯Zn、Mn-Mg、A1-Be、Mg-RE或Mg-Y或Mg-Gd中间合金，合金其他杂质元素含量按《GB/T8735》标准执行；
②熔炼：首先进行纯Mg锭的熔化，待纯镁完全熔化后随即加入纯锌，保持炉温不断升高的同时进行机械搅拌处理，10～20min后加入Mg-RE或Mg-Y或Mg-Gd，Mg-RE的加入温度控制在560℃～650℃之间，当温度达到680℃～690℃之间后加入Mn-Mg，保温10～20分钟最后加入A1-Be，定量炉的浇注与压铸机的压射为全自动连续作业，浇注温度控制在680℃～700℃之间，镁合金液在压射料筒停留时间为3s...

【专利技术属性】
技术研发人员：田迎春，高平，张鸣一，韩剑锋，耿文远，蔡长焜，
申请(专利权)人：内蒙金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：内蒙;15