一种稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。本发明专利技术的稀土镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Sm 3.0～3.4％，Nd 1.5～1.7％，Gd 1.5～1.7％，Zn 0.6～0.8％，Zr 0.4～0.6％，余量为Mg。本发明专利技术的稀土镁合金采用轻稀土元素Sm和Nd以及重稀土元素Gd作为稀土组分，Sm的含量为3.0～3.4wt％，Nd的含量为1.5～1.7％，可以增加含Sm、Nd强化相的生成量；Zn和Zr的含量分别控制在0.6～0.8wt％和0.4～0.6wt％，不仅可以细化晶粒，而且可以增加元素在基体中的固溶量，提高合金的强度和塑性。提高合金的强度和塑性。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金


技术介绍

[0002]作为当前工程应用中最轻的金属结构材料，镁合金具有密度低、比强度比刚度高、电磁屏蔽性能良好、阻尼减振性能优越、易回收等优点，在电子工业、汽车制造及航空航天领域中具有重要的应用前景。近几十年来的研究表明，以稀土作为合金化元素可显著提高镁合金的室温及高温力学性能。例如，英国开发了含Y元素和Nd元素的WE54和WE43合金，合金元素含量较高的WE54合金，其室温抗拉强度为280MPa，断后伸长率为4％；我国也开发了含稀土的ZM6合金，在工程上获得了广泛的应用，其抗拉强度为225MPa，断后伸长率为3％。中国专利文献CN 108796328 A公开了一种高强耐热稀土镁合金，成分为：2～6wt％的Sm；0～3wt％的Nd；2～5wt％的重稀土元素；0.5～4wt％的Zn；0.2～3wt％的Zr；余量为Mg及不可避免的杂质。该专利技术采用价格低廉的钐元素替代钕元素，并且通过引入Zn、Zr元素，配合使用重稀土元素，经过热处理形成Zn
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Zr锥面耐热强化相，同时利用重稀土元素结合轻稀土元素Sm促进形成柱面析出相，可以提高稀土镁合金的强度，但是得到的稀土镁合金的塑性较差，限制了高性能镁合金材料在工程领域的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种稀土镁合金，用于解决目前高强度稀土镁合金存在塑性较差的问题。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种稀土镁合金的制备方法。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的稀土镁合金所采用的技术方案为：
[0006]一种稀土镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Sm 3.0～3.4％，Nd 1.5～1.7％，Gd 1.5～1.7％，Zn 0.6～0.8％，Zr 0.4～0.6％，余量为Mg。
[0007]本专利技术的稀土镁合金的合金组分为Mg
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Sm
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Nd
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Gd
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Zn
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Zr。采用轻稀土元素Sm和Nd以及重稀土元素Gd作为稀土组分，Sm、Nd和Gd在镁中的最大固溶度分别为5.8wt％、3.6wt％和23.5wt％。Sm的含量为3.0～3.4wt％，Nd的含量为1.5～1.7wt％，可以增加含Sm、Nd强化相的生成量，有利于提高合金的强度；为保证强化效果和控制合金成本，Gd的含量控制在1.5～1.7wt％。Zn的含量控制在0.6～0.8wt％和Zr的含量控制在0.4～0.6wt％，不仅可以细化晶粒，而且可以增加元素在基体中的固溶量，提高合金的强度和塑性。本专利技术利用多元合金化的综合作用，可有效提高稀土镁合金的强度和塑性。
[0008]优选地，所述Sm、Nd和Gd占稀土镁合金总质量的百分比小于7％。为了降低成本，本专利技术的稀土镁合金采用搭配使用多种含量较低的稀土元素。相比于商用耐热高强镁合金WE54(稀土元素含量为9wt％)，本专利技术的稀土镁合金在稀土元素含量较低的情况下，在室温条件下的抗拉强度高于280MPa，断后伸长率高于8.5％。
[0009]优选地，稀土镁合金中Mg的质量分数为92～93％。
[0010]优选地，所述稀土镁合金由包括以下步骤的方法制得：将稀土镁合金的前驱合金熔体进行浇铸，得到铸锭，再将铸锭依次进行固溶处理、时效处理，即得。
[0011]优选地，所述固溶处理为分级固溶处理；所述分级固溶处理为先进行低温固溶处理，再进行高温固溶处理；所述低温固溶处理的温度为460～480℃，低温固溶处理的时间为6～8h；所述高温固溶处理的温度为500～520℃，高温固溶处理的时间为6～8h。
[0012]优选地，所述时效处理为分级时效处理；所述分级时效处理为先进行低温时效处理，再进行高温时效处理；所述低温时效处理的温度为205～225℃，低温时效处理的时间为10～12h；所述高温时效处理的温度为230～250℃，高温时效处理的时间为1～2h。
[0013]优选地，所述铸锭是将稀土镁合金的前驱合金熔体倒入150～200℃的金属模具中浇铸成型得到的。优选地，所述金属模具的材质为钢。
[0014]优选地，所述前驱合金熔体采用包括以下步骤的方法制得：在保护气氛下，将镁和镁钐钕钆合金加热至730～750℃，得到熔融物，然后将锌和镁锆合金加入熔融物中，得到前驱合金熔体。优选地，所述保护气氛由CO2和SF6组成，所述保护气氛中SF6的体积分数不大于1％。例如，前驱合金熔体的制备方法中，所述保护气氛由CO2和SF6组成，CO2和SF6的体积比为99:1。为了减少熔炼过程中稀土元素的损耗，提高稀土元素的利用率，进一步降低镁合金材料的成本，本专利技术在镁钐钕钆中间合金的基础上制备Mg
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Sm
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Nd
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Gd
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Zn
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Zr合金。
[0015]优选地，所述熔融物是采用电磁感应炉将镁和镁钐钕钆合金加热至730～750℃进行熔炼得到的。通过电磁感应炉将镁和镁钐钕钆合金加热至730～750℃，可以使各原料充分熔化并可以通过电磁搅拌作用使熔体混合均匀。
[0016]优选地，所述镁钐钕钆合金中钐元素、钕元素和钆元素的质量之比为(3.0～3.4):(1.5～1.7):(1.5～1.7)。优选地，所述镁钐钕钆合金中钐元素、锌中锌元素和镁锆合金中锆元素的质量比为(3.0～3.4):(0.6～0.8):(0.4～0.6)。
[0017]优选地，所述镁和镁钐钕钆合金的质量比为(46～48):50。例如，所述镁和镁钐钕钆合金的质量比为(46.4～47.2):50。优选地，所述镁、镁钐钕钆合金和镁锆合金的质量比为(46～48):50:(2～3)。例如，所述镁、镁钐钕钆合金和镁锆合金的质量比为(46.4～47.2):50:(2～3)。
[0018]优选地，所述镁钐钕钆合金采用包括以下步骤的方法制得：在保护气氛下，将镁、镁钐合金、镁钕合金和镁钆合金加热至730～750℃，得到合金液，然后进行浇铸，得到镁钐钕钆合金。本专利技术首先制备得到镁钐钕钆中间合金，然后在此中间合金的基础上制备Mg
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Sm
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Nd
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Gd
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Zn
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Zr合金，通过两步法减少了熔炼过程中稀土元素的损耗，提高了稀土元素的利用率，进一步降低了镁合金材料的成本。
[0019]优选地，所述合金液是采用电磁感应炉将镁、镁钐合金、镁钕合金和镁钆合金加热至730～750℃进行熔炼得到的。通过电磁感应炉将镁、镁钐合金、镁钕合金和镁钆合金加热至730～750℃，可以使各原料充分熔化并可以通过电磁搅拌作用使熔体混合均匀。
[0020]优选地，所述镁钐钕钆合金是将合金液倒入150～200℃的金属模具中浇铸成型得到的。优选地，镁钐钕钆合金的制备方法中，所述金属模具的材质为钢。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土镁合金，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：Sm 3.0～3.4％，Nd 1.5～1.7％，Gd 1.5～1.7％，Zn 0.6～0.8％，Zr 0.4～0.6％，余量为Mg。2.如权利要求1所述的稀土镁合金，其特征在于，所述Sm、Nd和Gd占稀土镁合金总质量的百分比小于7％。3.如权利要求1或2所述的稀土镁合金，其特征在于，所述稀土镁合金由包括以下步骤的方法制得：将稀土镁合金的前驱合金熔体进行浇铸，得到铸锭，再将铸锭依次进行固溶处理、时效处理，即得。4.如权利要求3所述的稀土镁合金，其特征在于，所述固溶处理为分级固溶处理；所述分级固溶处理为先进行低温固溶处理，再进行高温固溶处理；所述低温固溶处理的温度为460～480℃，低温固溶处理的时间为6～8h；所述高温固溶处理的温度为500～520℃，高温固溶处理的时间为6～8h。5.如权利要求3所述的稀土镁合金，其特征在于，所述时效处理为分级时效处理；所述分级时效处理为先进行低温时效处理，再进行高温时效处理；所述低温时效处理的温度为205～225℃，低温时效处理的时间为10～12h；所述高温时效处理的温度为230～250℃，高温时效处理的时间为1～2h。6.一种稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将稀土镁合金的前驱合金熔体进行浇铸，得到铸锭，再将铸锭依次进行固溶处理、时效处理，即得；所述稀土镁合金由以下质量百分比的元素组成：Sm 3.0～3.4％，Nd 1.5～1.7％，Gd 1.5～1.7％，Zn 0.6～0.8％，Zr 0.4～0.6％，余量为Mg。7.如权利要求6所述的稀土镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，崔扬，张卫军，王莹，张东晓，赵洁，常锴骞，张清，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：