一种高强度、高韧性压铸镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种高强度、高韧性压铸镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、机加工性能优良和减震性好等优点，被广泛应用于航天航空、汽车及3C领域。目前所应用的压铸镁合金主要为Mg-Al系列，其中应用最为广泛的AZ系合金，如AZ91合金，该合金室温机械性能为抗拉强度为230MPa，屈服强度为140MPa，延伸率为3%，该合金综合性能均衡，常温力学性能、强度和塑韧性不高，这种合金具有较为良好的铸造性能，所以被广泛用于3C类产品中，但随着3C产品轻薄化的趋势发展，该合金的综合性能，特别是强度和塑韧性已无法满足薄壁产品的材质使用要求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的是以Mg-Al系合金材料为基础，合理组合添加多元稀土、碱土及其它元素，提供一种具有高屈服强度、高韧性的新型压铸镁合金，使其能够满足轻薄化3C产品材质的高要求。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种高强度、高韧性压铸镁合金，包含按重量百分比计算的如下组分:
Al:8.8?9.4%
Zn: 0.5?0.8%
Mn:0.5^0.9%
La:0.8?1.2%
Ce:0.3?0.6%
Y: 0.05?0.3%
Sr: 0.05?0.3%
Gd: 0.5?1.5%
其余部分包含Mg和不可避免的杂质。
[0005]进一步地，它还包括按重量百分比计算的如下组分:
Pr: 0.1?0.5%
Nd: 0.5?2.0%
Sb:0.3?1.0%。
[0006]进一步地，它包含:La1.0wt%, Ce 0.5wt%。
[0007]进一步地，它包含:Y0.2 wt%, Gd 1.0 wt%。
[0008]进一步地,它包含:Sr 0.2 wt%。
[0009]进一步地，它包含:Pr0.3 wt%, Nd 1.5 wt%。
[0010]进一步地，它包含:Sb 0.5 wt%。
[0011]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了上述高强度、高韧性压铸镁合金的制备方法，包括如下步骤:
(1)将纯镁、纯铝、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金在15(T200°C下预热60min以上；
(2)将预热后的纯镁、纯铝置入具有保护性气氛的熔炉中，加热至全部熔化；
(3 )将步骤(2 )所获熔体升温至720 V，并加入预热后的Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金，充分熔化后搅拌至混合均匀，扒除表面浮渣；
(4)将步骤(3)所获熔体静置降温至660°C以下，进行压铸，获得所述高强度、高韧性压铸镁合金。
[0012]进一步地，步骤(3)还包括:将步骤(2)所获熔体升温至720°C，并加入金属Sb和/或Mg-LaCePrNd合金,充分熔化后搅拌至混合均勻。
[0013]进一步地,所述金属Sb和/或Mg-LaCePrNd合金在被加入步骤(2)所获熔体之前，还被在15(T200°C下预热60min以上。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果包括:
(O本发明以AZ91D压铸镁合金为基础，添加多元稀土元素，碱土元素及其它元素，使得合金具有高强度和高韧性能，同时具有优良的铸造性能，该合金抗拉强度达到250MPa?280MPa，屈服强度达到160MPa?190MPa，延伸率3.0?5.0% ；
(2)适用于薄壁耐冲击的产品上，极具开发潜力。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例1的合金成分重量百分含量表。
[0016]图2是本发明实施例2的合金成分重量百分含量表。
[0017]图3是本发明实施例3的合金成分重量百分含量表。
[0018]图4是本发明实施例4的合金成分重量百分含量表。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作更为具体的说明。
[0020]实施例1
将普通Mg-Al系压铸镁合金(市购的AZ91D合金)在150°C?200°C温度下预热60 min以上，然后置入在带有保护气体SF6和N2的熔炉中加热至全部熔化，将熔体升温至720°C，待AZ9ID全部熔化后，搅拌2 min至混合均匀，扒除表面浮渣，静置15 min，降温至660°C以下，进行压铸，获得的合金成分如图1。
[0021]所得合金在室温时的机械性能如下:
抗拉强度UTS:232 MPa
屈服强度YS:135 MPa 延伸率 δ: 2.3%
实施例2
先将Mg-LaCe合金、Mg-Y合金及Mg-Sr合金在150°C?200°C温度下预热60 min以上；然后将AZ91D合金置入带有保护气体SF6和N2的熔炉中加热至全部熔化，将熔体温度升温至720 0C，并加入预热后的Mg-LaCe合金，Mg-Y合金及Mg-Sr合金，充分溶化后，搅拌3_5min，至混合均匀，扒除表面浮渣，静置降温至660°C以下，进行压铸，获得所述的高强度高韧性压铸镁合金，如图2所示。
[0022]所得镁合金在室温时的机械性能如下:
抗拉强度UTS=252 MPa
屈服强度YS= 160 MPa 延伸率 δ = 3.0%
实施例3
先将纯镁、纯铝、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金、及Mg-Sr合金在150°C ^200°C温度下预热60 min以上；然后将纯镁、纯铝放入熔化炉中，在带有保护气体SF6和N2的熔炉中熔化，待其全部熔化后，将熔体升温至720V，然后将经过预热的Mg-LaCe合金，Mg-Y合金、Mg-Gd合金及Mg-Sr合金加入熔体中，充分熔化后，搅拌3-5 min,至混合均匀，扒除表面浮渣，静置降温到660°C以下，进行压铸，获得所述的高强度高韧性压铸镁合金成分如图3所示。
[0023]所得镁合金在室温时的机械性能如下:
抗拉强度UTS=260MPa
屈服强度YS= 170MPa 延伸率 δ = 4.3%
实施例4
先将纯镁、纯铝、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金、Mg-Sr合金和金属Sb在150 0C?200°C温度下预热60 min以上；然后将纯镁、纯铝放入熔化炉中，在带有SF6和N2保护气体的熔炉中加热熔化，至全部熔化后，将熔体升温至720°C，接着将经过预热的Mg-LaCePrNd合金,Mg-Y合金、Mg-Gd合金、Mg-Sr合金及金属Sb加入熔体中，充分熔化后，搅拌3-5 min,至混合均匀，扒除表面浮渣，静置，降温至660°C以下，进行压铸，获得高强度高韧性压铸镁合金成分如图4所示。
[0024]所得镁合金在室温时的机械性能如下:
抗拉强度UTS=268MPa
屈服强度YS= 185MPa 延伸率 δ = 3.7%
下面说明以上实施例不同化学组分、机械性能随着各种元素加入后性能发生的变化原因。轻稀土元素La和Ce的加入，生成熔点相对较低的强化相(Al，Mg) η (La，Ce) 3，提升合金的力学性能，同时，La和Ce的加入可以细化合金晶粒，但合金力学性能提升有限；Y、Gd的加入，生成了高硬度的强化新相Al2Y, Al2Gd, β相由网状转变为断续状和/或颗粒状，进一步提升了合金的力学性能和合金硬度；Pr、Nd的加入，生成了高熔点化合物Mg12Nd,有效提升合金的高温性能，但室温下有易缩孔，缩松等缺陷，造成材料变脆；Sr可以减少合金的结晶温度范围，提高合金的流动性，提高合金铸造性能，能细化晶粒，提高合金致密度，减少缩松，Sb对镁合金具有组织细化的作用，还对异质形核抑制生长的综合作用，Sb加入合金后，会优先析出Mg3Sb2高熔点强化相，抑制晶粒生长，细化晶粒。所以多元稀土碱土元素科学组合添加，充分发挥叠加效用，实现不同组合，不同组分具有不同综合性能，但多元稀土的添加能显著提升合金的综合性能。
[0025]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，包含按重量百分比计算的如下组分: Al:8.8?9.4%Zn: 0.5?0.8% Mn:0.5^0.9% La:0.8?1.2% Ce:0.3?0.6%Y: 0.05?0.3%Sr: 0.05?0.3%Gd: 0.5?1.5% 其余部分包含Mg和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它还包括按重量百分比计算的如下组分:Pr: 0.1?0.5%Nd: 0.5?2.0% Sb:0.3?1.0%。
3.根据权利要求1所述的高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它包含:La1.0wt%，Ce 0.5wt%0
4.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它包含:Y0.2wt%，Gd 1.0 wt%0
5.根据权利要求1所述的高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它包含:Sr0.2Wt%。
6.根据权利要求2所述的高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它包含:Pr0.3wt%，Nd 1.5 Wt%o
7.根据权利要求2所述的高强度、高韧性压铸镁合金，其特征在于，它包含:Sb0.5wt%。
8.如权利要求1所述的高强度、高韧性压铸镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将纯镁、纯铝、Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金在15(T200°C下预热60min以上； 将预热后的纯镁、纯铝置入具有保护性气氛的熔炉中，加热至全部熔化； 将步骤(2)所获熔体升温至720 V，并加入预热后的Mg-LaCe合金、Mg-Y合金、Mg-Gd合金和Mg-Sr合金，充分熔化后搅拌至混合均匀，扒除表面浮渣； 将步骤(3)所获熔体静置降温至660°C以下，进行压铸，获得所述高强度、高韧性压铸镁合金。
9.根据权利要求8所述的高强度、高韧性压铸镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)还包括:将步骤(2)所获熔体升温至720°C，并加入金属Sb和/或Mg-LaCePrNd合金，充分熔化后搅拌至混合均匀。
10.根据权利要求9所述的高强度、高韧性压铸镁合金的制备方法，其特征在于，所述金属Sb和/或Mg-LaCePrNd合金在被加入步骤(2)所获熔体之前，还被在15(T200°C下预 bO ' I~TT ΧΤΤΤ/Λ ΓΛ
【专利摘要】本发明公开了一种高强度、高韧性压铸镁合金，包含按重量百分比计算的如下组分：Al：8.8~9.4%，Zn:0.5~0.8%，Mn：0.5~0.9%，La：0.8~1.2%，Ce：0.3~0.6%，Y:0.05~0.3%，Sr:0.05~0.3%，Gd:0.5~1.5%，其余部分包含Mg和不可避免的杂质。其具有高强度和高韧性能，同时具有优良的铸造性能，适用于薄壁耐冲击的产品上。
【IPC分类】C22C1-03, C22C23-02
【公开号】CN104745905
【申请号】CN201310742074
【发明人】单巍巍, 刘金平
【申请人】苏州昊卓新材料有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月30日