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1、10申请公布号CN104195396A43申请公布日20141210CN104195396A21申请号201410380148222申请日20140804C22C23/06200601C22C1/0320060171申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号72发明人吴玉娟萧柱华彭立明郑飞燕易轰容伟丁文江74专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中陈少凌54发明名称含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金及其制备方法57摘要本发明公开了一种含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金及其制备方法；所述合金包含的各成分和重量百分比为GD1020，Y056，SI015，ZN01。
2、5，ZR01，杂质元素总量小于002，余量为MG。本发明镁合金通过熔炼以及后续的热处理得到，工艺简单，生产效率高，由于含硅、锌和高含量GDY稀土元素，镁合金在200300下具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性。51INTCL权利要求书1页说明书5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页10申请公布号CN104195396ACN104195396A1/1页21一种含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述合金包括如下重量百分比含量的各组分GD1020，Y056，SI015，ZN015，ZR01，杂质元素总量小于002，余量为MG。2根据权利要求1所述的。
3、含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述杂质元素包括FE、CU和NI，所述杂质元素占合金总重的重量百分比含量分别为FE0005，CU00148，NI0002。3一种如权利要求1所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤A、按所述合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；所述原料为镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD、MGY和MGZR中间合金；B、将镁锭在保护气体存在的条件下加热至完全熔化后，在770780加入纯SI粉，搅拌；调节镁液温度降至680700后加入纯ZN；调节镁液温度回升至740后加入MGGD中间合金，待镁液温度回升至740后再。
4、加入MGY中间合金；调节镁液温度升至760780后加入MGZR中间合金；待熔化后，调节镁液温度在750770下，进行精炼；精炼结束后，在760780下静置，待镁液温度降至700750撇去浮渣，浇铸；C、对浇铸得到的镁合金依次进行固溶处理、时效处理，即得所述含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金。4根据权利要求3所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤B之前还包括将原料预热至200250的步骤。5根据权利要求3所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述保护气体为SF6和CO2混合气体，其中含02体积分数的SF6。6根据权利要求3所述的含硅、锌和GD。
5、Y的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的保温温度为450550，时间为550H，在80100热水中淬火。7根据权利要求3所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述时效处理的时效温度为175250，时间为32128H，在80100热水中淬火。8根据权利要求3所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述镁锭中镁含量的质量分数大于999，纯硅中硅含量的质量分数大于999，纯锌中锌含量的质量分数大于999。9根据权利要求3所述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述精炼是在搅拌的条件下进行的。权利要求书CN104195。
6、396A1/5页3含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金及其制备方法技术领域0001本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金及其制备方法。背景技术0002在现有的工程用金属中，镁合金密度最小，约为铝合金的2/3，钢的1/4。镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当，远高于纤维增强塑料；此外，镁合金还拥有优良的减振性能、电磁屏蔽性、导热性能等，在电子、汽车、航空航天和军工领域有着广阔的应用潜力。目前开发得最成功的商用耐热镁合金有WE54、WE43等，然而现有镁合金存在强度差、使用温度低和抗磨损性能差等缺点，特别是在250以上强。
7、度迅速下降，这些缺点制约了其在汽车、航空航天等耐高温零件上的应用，因此，需要开发一种在250以上具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性的镁合金。0003经过对现有文献和技术检索发现，GD和Y的添加能显著增加镁合金的固溶强化和时效强化作用，使得镁合金拥有优良的室温力学性能。何上明在其博士论文MGGDYZRCA合金的微观组织演变、性能和断裂行为研究中报道的MG10GD3Y05ZR合金拥有较强的室温拉伸力学性能，T6态下其室温抗拉强度为366MPA，但是在300下的抗拉强度迅速下降到230MPA，不能满足轻质耐高温零件的应用需求；JFNIE在其ENHANCEDAGEHARDENINGRESPONSE。
8、ANDCREEPRESISTANCEOFMGGDALLOYSCONTAININGZN一文中指出，ZN的加入能促进GD元素的时效强化作用，并生成大量能阻碍位错滑移的基面相，有利于提高合金的高温拉伸力学性能；已公开的含SI耐热稀土镁合金专利公开号为CN103305738A通过晶内含SI金属间化合物的强化作用，在200左右具有较好的耐热性能及耐磨性能，然而该专利中的稀土镁合金同样在250以上的工作环境中无法保证很强的力学性能。发明内容0004本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金及其制备方法。本发明旨在利用SI和ZN对镁合金强化的同时还提高稀土元素含量，。
9、即通过向MG中加入GD、Y、ZR及SI、ZN元素，并通过优化后续固溶和时效工艺参数，获得了一种在200300下具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性的铸造耐热镁合金。0005本发明的目的是通过以下技术方案来实现的0006本发明涉及一种含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金，所述合金包括如下重量百分比含量的各组分GD1020，Y056，SI015，ZN015，ZR01，杂质元素总量小于002，余量为MG。0007与传统的通过晶内含SI金属间化合物的强化作用，进而获得在200左右具有较好的耐热性能及耐磨性能的含SI耐热稀土镁合金相比，本发明的稀土镁合金通过强化元说明书CN104195396A2/5页4素。
10、ZN的加入，生成能有效阻碍晶界滑移的基面相；同时，SI的加入消耗了部分稀土元素，弱化了金属的时效强化作用；进而获得了在200300下具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性的铸造耐热镁合金。0008优选的，所述杂质元素包括FE、CU和NI，所述杂质元素占合金总重的重量百分比含量分别为FE0005，CU00148，NI0002。0009优选的，所述合金中ZR含量为0510WT，更优选为06WT。0010本发明还涉及一种上述的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的制备方法，所述方法包含如下步骤0011A、按所述合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；所述原料为镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD。
11、、MGY和MGZR中间合金；0012B、将镁锭在保护气体存在的条件下加热至完全熔化后，在770780加入纯SI粉，搅拌；调节镁液温度降至680700后加入纯ZN；调节镁液温度回升至740后加入MGGD中间合金，待镁液温度回升至740后再加入MGY中间合金；调节镁液温度升至760780后加入MGZR中间合金；待熔化后，调节镁液温度在750770下进行精炼；精炼结束后，在760780下静置，待镁液温度降至700750撇去浮渣，浇铸；0013C、对浇铸得到的镁合金依次进行固溶处理、时效处理，即得所述含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金。0014上述步骤B中加入在770780加入纯SI粉，而非传统技术中加。
12、入MGSI中间合金，其原因在于加入MGSI中间合金到本发明的镁合金体系中会在其铸态组织中形成粗大的汉字状或者树枝状的MG2SI相，其对合金的力学性能危害极大。0015优选的，所述步骤B之前还包括将原料预热至200250的步骤。0016优选的，所述保护气体为SF6和CO2混合气体，其中含02体积分数的SF6。0017优选的，所述固溶处理在空气电阻炉中进行，保温温度范围为450550，时间范围为550H，在80100热水中淬火。在该温度和时间下进行固溶处理，可实现一种分布均匀的特殊相层片状X相，此相利于高温性能的提高。此外，淬火应当在80100热水中进行，如采用冷水中淬火，则样品会淬裂。0018优。
13、选的，所述时效处理在恒温油浴炉中进行，时效温度为175250，时间范围为32128H，在80100热水中淬火。本发明的合金体系中，ZN的加入能促进GD元素的时效强化作用，并生成大量能阻碍位错滑移的弥散基面相和非基面时效相，两者位相相互垂直，从而有利于提高合金的高温拉伸力学性能。0019优选的，所述镁锭中镁含量的质量分数大于999，纯硅中硅含量的质量分数大于999，纯锌中锌含量的质量分数大于999。0020优选的，所述精炼过程中包含搅拌。0021与现有技术相比，本发明具有如下有益效果00221本发明通过添加SI、ZN和GDY元素以及后续固溶和时效处理工艺使制备的铸造镁合金在200300下具有高强。
14、度、高耐磨性和塑性好等优异特性；SI的加入能形成位于晶内的MGRESI硬质相，可提高合金的耐热性和耐磨性；ZN的加入能形成位于晶界的MGREZN硬质相，能有效阻碍晶界滑移，提高合金的耐热性；提高稀土元素含量能补偿SI和ZN对稀土元素的消耗，确保时效强化作用不被弱化；加入ZR能显著细化晶粒尺寸，增强说明书CN104195396A3/5页5细晶强化效果并改善合金塑性，同时ZR能与SI反应形成细小的SIZR硬质相，可提高合金的耐热性和耐磨性。通过以上原理和方法，使本发明镁合金在200300下具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性。00232本发明工艺简单，通过优化固溶和时效工艺参数，成功制备了在20。
15、0300下具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性的铸造耐热稀土镁合金。具体实施方式0024下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。0025实施例10026本实施例涉及的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的合金成分重量百分比为15GD、3Y、01SI、25ZN，0ZR，杂质元素总含量小于002，其余为MG。具体制备包括如下步骤00271按照上述成分，选择镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD、MG。
16、Y中间合金配置合金原料。00282将上述1配置的原料进行熔炼处理，首先将所有原料在烘箱中预热至200，然后在电阻坩埚炉中加入工业纯镁KG，在SF6和CO2混合气体SF6体积百分数为02保护下进行加热，待镁锭完全熔化后，在770加入纯SI粉，搅拌时间为5MIN；搅拌完成后将电阻炉的预设温度设为690，待镁液温度降低到690后加入纯ZN；调节电阻炉的预设温度为740，待镁液温度升高到740后加入MGGD中间合金，保温10MIN后加入MGY中间合金；调节电阻炉的预设温度为780，保温8MIN后搅拌4MIN，然后在750下保温15MIN，不断电精炼10MIN，精炼结束后，在760下静置15MIN，待镁。
17、液温度降至700撇去浮渣，用浇包浇铸。00293将上述2所铸造的镁合金进行固溶处理T4在空气电阻炉中进行，保温温度范围为525，时间为25H，在80热水中淬火。00304将上述3制备的T4态镁合金进行时效处理T6在恒温油浴炉中进行，采取单步时效处理，时效温度为175，时间为128H，在100热水中淬火。00315将上述4制备的T6态镁合金进行室温拉伸实验，拉伸机为ZWICKBTCFR020TNA50型电子万能材料试验机。获得合金200拉伸抗拉强度为340MPA、屈服强度为270MPA、延伸率为5；300拉伸抗拉强度为280MPA、屈服强度为200MPA、延伸率为12，因此，制备的镁合金将具有高。
18、强度、高耐磨性和塑性好等优异特性，高于现有水平。0032实施例20033本实施例涉及的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的合金成分重量百分比为10GD、6Y、5SI、01ZN、05ZR，杂质元素总含量小于002，其余为MG。具体制备包括如下步骤00341按照上述成分，选择镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD，MGY和MGZR中间说明书CN104195396A4/5页6合金配置合金原料。00352将上述1配置的原料进行熔炼处理，首先将所有原料在烘箱中预热至225，然后在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，在SF6和CO2混合气体SF6体积百分数为02保护下进行加热，待镁锭完全熔化后，在780加入纯SI粉。
19、，搅拌时间为5MIN；搅拌完成后将电阻炉的预设温度设为690，待镁液温度降低到680后加入纯ZN；调节电阻炉的预设温度为730，待镁液温度升高到740后加入MGGD中间合金，保温10MIN后加入MGY中间合金；调节电阻炉的预设温度为770，待镁液温度升高到770后加入MGZR中间合金，保温10MIN后搅拌5MIN，然后在770下保温20MIN，不断电精炼10MIN，精炼结束后，在770下静置20MIN，待镁液温度降至725撇去浮渣，用浇包浇铸。00363将上述2所铸造的镁合金进行固溶处理T4在空气电阻炉中进行，保温温度范围为500，时间为5H，在90热水中淬火。00374将上述3制备的T4态镁。
20、合金进行时效处理T6在恒温油浴炉中进行，采取单步时效处理，时效温度为225，时间为64H，在90热水中淬火。00385将上述4制备的T6态镁合金进行室温拉伸实验，拉伸机为ZWICKBTCFR020TNA50型电子万能材料试验机。获得合金200拉伸抗拉强度为320MPA、屈服强度为240MPA、延伸率为5；300拉伸抗拉强度为250MPA、屈服强度为180MPA、延伸率为12，因此，制备的镁合金将具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性，高于现有水平。0039实施例30040本实施例涉及的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的合金成分重量百分比为20GD、05Y、25SI、5ZN、1ZR，杂质元素总含。
21、量小于002，其余为MG。具体制备包括如下步骤00411按照上述成分，选择镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD，MGY和MGZR中间合金配置合金原料。00422将上述1配置的原料进行熔炼处理，首先将所有原料在烘箱中预热至200，然后在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，在SF6和CO2混合气体SF6体积百分数为02保护下进行加热，待镁锭完全熔化后，在770加入纯SI粉，搅拌时间为5MIN；搅拌完成后将电阻炉的预设温度设为690，待镁液温度降低到700后加入纯ZN；调节电阻炉的预设温度为740，待镁液温度升高到740后加入MGGD中间合金，保温10MIN后加入MGY中间合金；调节电阻炉的预设温度为78。
22、0，待镁液温度升高到780后加入MGZR中间合金，保温8MIN后搅拌4MIN，然后在760下保温15MIN，不断电精炼10MIN，精炼结束后，在780下静置15MIN，待镁液温度降至710撇去浮渣，用浇包浇铸。00433将上述2所铸造的镁合金进行固溶处理T4在空气电阻炉中进行，保温温度范围为550，时间为50H，在100热水中淬火。00444将上述3制备的T4态镁合金进行时效处理T6在恒温油浴炉中进行，采取单步时效处理，时效温度为250，时间为32H，在100热水中淬火。00455将上述4制备的T6态镁合金进行室温拉伸实验，拉伸机为ZWICKBTCFR020TNA50型电子万能材料试验机。获得。
23、合金200拉伸抗拉强度为330MPA、屈服强度为230MPA、延伸率为40；300拉伸抗拉强度为260MPA、屈服强度说明书CN104195396A5/5页7为190MPA、延伸率为15，因此，制备的镁合金将具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性，高于现有水平。0046实施例40047本实施例涉及的含硅、锌和GDY的耐热稀土镁合金的合金成分重量百分比为13GD、4Y、12SI、12ZN、06ZR，杂质元素总含量小于002，其余为MG。具体制备包括如下步骤00481按照上述成分，选择镁锭、工业纯SI粉、工业纯ZN、MGGD，MGY和MGZR中间合金配置合金原料。00492将上述1配置的原料进行熔。
24、炼处理，首先将所有原料在烘箱中预热至250，然后在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，在SF6和CO2混合气体SF6体积百分数为02保护下进行加热，待镁锭完全熔化后，在775加入纯SI粉，搅拌时间为5MIN；搅拌完成后将电阻炉的预设温度设为680，待镁液温度降低到680后加入纯ZN；调节电阻炉的预设温度为730，待镁液温度升高到740后加入MGGD中间合金，保温5MIN后加入MGY中间合金；调节电阻炉的预设温度为760，待镁液温度升高到760后加入MGZR中间合金，保温10MIN后搅拌3MIN，然后在750下保温10MIN，不断电精炼10MIN，精炼结束后，在760下静置20MIN，待镁液温度降至750。
25、撇去浮渣，用浇包浇铸。00503将上述2所铸造的镁合金进行固溶处理T4在空气电阻炉中进行，保温温度范围为450，时间为50H，在80热水中淬火。00514将上述3制备的T4态镁合金进行时效处理T6在恒温油浴炉中进行，采取单步时效处理，时效温度为225，时间为32H，在80热水中淬火。00525将上述4制备的T6态镁合金进行室温拉伸实验，拉伸机为ZWICKBTCFR020TNA50型电子万能材料试验机。获得合金200拉伸抗拉强度为360MPA、屈服强度为240MPA、延伸率为50；300拉伸抗拉强度为300MPA、屈服强度为200MPA、延伸率为133，因此，制备的镁合金将具有高强度、高耐磨性和塑性好等优异特性，高于现有水平。0053以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。说明书CN104195396A。