一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法
一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于轻量化在交通运输和节能减排方面的关键作用，近年来轻质材料在汽车领域得到了广泛用途，与传统钢材和铝合金相比，镁合金具有密度更低，易于回收的特点。因此，铸造成型的镁合金用于汽车或其它运输工具的发动机外壳、变速箱箱体完全能取代传统的铸铁甚至铝合金。
[0003]单一稀土元素对合金有一定的强化作用，而稀土元素Nd，Y共同作用时，高温拉伸时对铸态组织的强化效果更为明显。不加稀土或只加一种稀土的前两种合金断口为沿晶界展开，沿晶断裂是晶界弱化现象的表现。而在合金中添加稀土元素后，熔体得以净化，且晶界上分布着能强化晶界的稀土相，晶界得到了强化，裂纹难以沿着晶界扩展，故为穿过晶粒的穿晶断裂，因此，增强晶界强度是耐热镁合金设计的指导原则。
【发明内容】
[0004]本发明专利的目的在于提供一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.Co 彡 0.4fft.%。
[0005]该合金室温力学性能为:Ob=293.5MPa, σ Q 2= 281.2MPa, δ = 11% ；250°C高温拉伸力学性能为:σ b= 228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:o b =211.2MPa, δ = 16.4%。
[0006]一种制备如前所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]步骤一，熔化
[0008]将炉子升温至750_780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在自制的覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉。
[0009]步骤二，浇铸，
[0010]使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )，
[0011]步骤三，冷却与均匀化热处理
[0012]将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。
[0013]所述覆盖剂由MgCl2:45%，KCl:37%,BaCl 2:12%，CaF 2:4%，MgF 2:2%混合而成。
[0014]有益效果:
[0015]本发明的合金具有优良的铸造性能和切削加工性，合金铸造并经均匀化处理后的室温力学性能为:Ob= 293.5MPa, σ 0 2= 281.2MPa, δ = 11% ;250°C高温拉伸力学性能为:Gb= 228.78MPa，δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:σ b= 211.2MPa, δ =16.4%0
【附图说明】
[0016]图1为在镁中添加Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0017]图2为图1的断口处金相照片；
[0018]图3 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土Ndl.5-2.2Wt.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0019]图4为图3的断口处金相照片；
[0020]图5 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土 Ndl.5-2.2Wt.%,Y3.2-4.0fft.%后合金断口扫描电子(SEM)照片；
[0021]图6为图5的断口处金相照片。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0023]一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.%, Co ^ 0.4fft.%0
[0024]该合金室温力学性能为:ob=293.5MPa, σ Q 2= 281.2MPa, δ = 11% ；250°C高温拉伸力学性能为:σ b= 228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:o b =211.2MPa, δ = 16.4%。
[0025]一种制备如前所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0026]步骤一，熔化
[0027]将炉子升温至750_780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在自制的覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉。
[0028]步骤二，浇铸，
[0029]使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )，
[0030]步骤三，冷却与均匀化热处理
[0031]将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。
[0032]所述覆盖剂由MgCl2:45%，KCl:37%,BaCl 2:12%，CaF 2:4%，MgF 2:2%混合而成。
[0033]图1为在镁中添加Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0034]图2为图1的断口处金相照片，其中裂纹沿着晶界扩展；
[0035]图3 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土Ndl.5-2.2Wt.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0036]图4为图3的断口处金相照片；裂纹仍然沿着晶界扩展；
[0037]图5 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土 Ndl.5-2.2Wt.%,Y3.2-4.0fft.%后合金断口扫描电子(SEM)照片；
[0038]图6为图5的断口处金相照片。裂纹穿过晶粒内部扩展，表明在高温下，晶界强度加强，裂纹不能沿着晶界扩展，实验证明，复合添加稀土元素后，原来高温下弱化的晶界被强化了(即由图1一图4的沿晶断裂变为图5、图6的穿晶断裂)，提高了合金耐高温性能的能力。
[0039]应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.%, Co ^ 0.4fft.%02.如权利要求所述的一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于该合金室温力学性能为:σ b= 293.5MPa, σ 0 2= 281.2MPa, δ = 11% ;250°C高温拉伸力学性能为:σ b=228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:σ b= 211.2MPa, δ = 16.4% ο3.一种制备如权利要求1所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，熔化 将炉子升温至750-780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉； 步骤二，浇铸， 使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )， 步骤三，冷却与均匀化热处理 将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。4.如权利要求3所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于，所述覆盖剂由 MgCl2:45%，KCl:37%, BaCl 2:12%, CaF 2:4%，MgF 2:2%混合组成。
【专利摘要】本发明涉及一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法，其特征在于，该合金成分为：Zn0.5-1.0Wt.％,Zr0.3-0.8Wt.％,Nd1.5-2.2Wt.％,Y3.2-4.0Wt.％，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为：Fe≤0.2Wt.％，Cr≤0.1Wt.％，Co≤0.4Wt.％。
【IPC分类】C22C1/03, C22C23/06
【公开号】CN104894446
【申请号】CN201510114328
【发明人】吴安如, 覃波, 董丽君
【申请人】湖南工程学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月15日
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于轻量化在交通运输和节能减排方面的关键作用，近年来轻质材料在汽车领域得到了广泛用途，与传统钢材和铝合金相比，镁合金具有密度更低，易于回收的特点。因此，铸造成型的镁合金用于汽车或其它运输工具的发动机外壳、变速箱箱体完全能取代传统的铸铁甚至铝合金。
[0003]单一稀土元素对合金有一定的强化作用，而稀土元素Nd，Y共同作用时，高温拉伸时对铸态组织的强化效果更为明显。不加稀土或只加一种稀土的前两种合金断口为沿晶界展开，沿晶断裂是晶界弱化现象的表现。而在合金中添加稀土元素后，熔体得以净化，且晶界上分布着能强化晶界的稀土相，晶界得到了强化，裂纹难以沿着晶界扩展，故为穿过晶粒的穿晶断裂，因此，增强晶界强度是耐热镁合金设计的指导原则。
【发明内容】
[0004]本发明专利的目的在于提供一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.Co 彡 0.4fft.%。
[0005]该合金室温力学性能为:Ob=293.5MPa, σ Q 2= 281.2MPa, δ = 11% ；250°C高温拉伸力学性能为:σ b= 228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:o b =211.2MPa, δ = 16.4%。
[0006]一种制备如前所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]步骤一，熔化
[0008]将炉子升温至750_780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在自制的覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉。
[0009]步骤二，浇铸，
[0010]使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )，
[0011]步骤三，冷却与均匀化热处理
[0012]将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。
[0013]所述覆盖剂由MgCl2:45%，KCl:37%,BaCl 2:12%，CaF 2:4%，MgF 2:2%混合而成。
[0014]有益效果:
[0015]本发明的合金具有优良的铸造性能和切削加工性，合金铸造并经均匀化处理后的室温力学性能为:Ob= 293.5MPa, σ 0 2= 281.2MPa, δ = 11% ;250°C高温拉伸力学性能为:Gb= 228.78MPa，δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:σ b= 211.2MPa, δ =16.4%0
【附图说明】
[0016]图1为在镁中添加Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0017]图2为图1的断口处金相照片；
[0018]图3 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土Ndl.5-2.2Wt.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0019]图4为图3的断口处金相照片；
[0020]图5 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土 Ndl.5-2.2Wt.%,Y3.2-4.0fft.%后合金断口扫描电子(SEM)照片；
[0021]图6为图5的断口处金相照片。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0023]一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.%, Co ^ 0.4fft.%0
[0024]该合金室温力学性能为:ob=293.5MPa, σ Q 2= 281.2MPa, δ = 11% ；250°C高温拉伸力学性能为:σ b= 228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:o b =211.2MPa, δ = 16.4%。
[0025]一种制备如前所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0026]步骤一，熔化
[0027]将炉子升温至750_780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在自制的覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉。
[0028]步骤二，浇铸，
[0029]使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )，
[0030]步骤三，冷却与均匀化热处理
[0031]将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。
[0032]所述覆盖剂由MgCl2:45%，KCl:37%,BaCl 2:12%，CaF 2:4%，MgF 2:2%混合而成。
[0033]图1为在镁中添加Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0034]图2为图1的断口处金相照片，其中裂纹沿着晶界扩展；
[0035]图3 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土Ndl.5-2.2Wt.%后合金断口扫描电子(SEM)显微照片；
[0036]图4为图3的断口处金相照片；裂纹仍然沿着晶界扩展；
[0037]图5 为在镁中添加 Zn0.5-1.0Wt.% , Zr0.3-0.8fft.%和稀土 Ndl.5-2.2Wt.%,Y3.2-4.0fft.%后合金断口扫描电子(SEM)照片；
[0038]图6为图5的断口处金相照片。裂纹穿过晶粒内部扩展，表明在高温下，晶界强度加强，裂纹不能沿着晶界扩展，实验证明，复合添加稀土元素后，原来高温下弱化的晶界被强化了(即由图1一图4的沿晶断裂变为图5、图6的穿晶断裂)，提高了合金耐高温性能的能力。
[0039]应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于，该合金成分为:Zn0.5-1.0fft.%，Zr0.3-0.8fft.%，Ndl.5-2.2fft.%，Υ3.2-4.0fft.%，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为:Fe ( 0.2fft.%, Cr ^ 0.lfft.%, Co ^ 0.4fft.%02.如权利要求所述的一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金，其特征在于该合金室温力学性能为:σ b= 293.5MPa, σ 0 2= 281.2MPa, δ = 11% ;250°C高温拉伸力学性能为:σ b=228.78MPa, δ = 14.8% ;330°C高温拉伸力学性能为:σ b= 211.2MPa, δ = 16.4% ο3.一种制备如权利要求1所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，熔化 将炉子升温至750-780°C，用石墨或不锈钢坩祸将镁锭在覆盖剂覆盖下熔化，然后按顺序分别加入Mg-Nd、Mg-Y中间合金和Zn、Zr合金元素，在750_780°C保温十分钟，并搅拌使合金充分熔化，停止搅拌后将熔体静置5分钟，使熔渣下沉； 步骤二，浇铸， 使用氩气保护进行浇铸，所制得的铸锭直径30-100mm，浇注前铸模温度控制在100 ± 5 °C，采用适宜的浇铸温度(720-740 °C )， 步骤三，冷却与均匀化热处理 将合金熔体浇入铸模后空冷，使得步骤二所浇铸的稀土镁合金铸锭在320-350°C加热，保温18-24小时进行均匀化退火热处理，得到成分均匀的金属型耐热稀土镁合金铸件。4.如权利要求3所述的金属型铸造用的耐热稀土镁合金的方法，其特征在于，所述覆盖剂由 MgCl2:45%，KCl:37%, BaCl 2:12%, CaF 2:4%，MgF 2:2%混合组成。
【专利摘要】本发明涉及一种金属型铸造用的耐热稀土镁合金及其制备方法，其特征在于，该合金成分为：Zn0.5-1.0Wt.％,Zr0.3-0.8Wt.％,Nd1.5-2.2Wt.％,Y3.2-4.0Wt.％，余量为Mg，另外有微量杂质元素，微量杂质元素组成为：Fe≤0.2Wt.％，Cr≤0.1Wt.％，Co≤0.4Wt.％。
【IPC分类】C22C1/03, C22C23/06
【公开号】CN104894446
【申请号】CN201510114328
【发明人】吴安如, 覃波, 董丽君
【申请人】湖南工程学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月15日
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