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一种耐高温稀土-镁合金材料及其制备方法

基本信息

  • 申请号 CN201811377446.0 
  • 公开号 CN109252080A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/01/22 
  • 申请人 浙江海洋大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 冷哲 陈立桥 周英棠 龙运前 胡金飞 张挥球 蔡璐  
  • 主分类号 C22C23/06 
  • 申请人地址 316000 浙江省舟山市普陀海洋科技产业园普陀展茅晓辉工业区c2—10地块 
  • 分类号 C22C23/06;C22F1/06 
  • 专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通合伙) 33213 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 吴秉中 
  • 有效性 审查中-实审 
  • 法律状态 审查中-实审
  •  

摘要

本发明提供一种耐高温稀土‑镁合金材料及其制备方法,属于金属结构材料领域,该稀土‑镁合金材料成分及其配比如下:Sn:0.5‑2.0wt.%;Y:2.0‑4.0wt.%;Er:2.0‑4.0wt.%,Ni:3‑5wt.%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt.%。
该合金是通过铸造+匀质化处理+轧制制备而成。
本发明在稀土‑镁合金中形成了一种新型的强化相(Mg展开

权利要求书


1.一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:包含Y和Er两种稀土元素,所述稀土元素的总含量为4.0-8.0wt%。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:合金中包含3.0-
5.0wt%的Ni元素。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:合金中包含0.5-
2.0wt%的Sn元素。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:所述镁合金材料包含如下重量百分比的成分:Sn:0.5-2.0wt%;Y:2.0-4.0wt%;Er:2.0-4.0wt%,Ni:3.0-
5.0wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:所述稀土-镁合金材料中稀土元素和Ni元素的重量比为1:0.3-0.6。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:所述镁合金材料在室温下的屈服强度为240-280MPa,抗拉强度为320-360MPa,延伸率6.0%-
9.0%。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种耐高温稀土-镁合金材料,其特征在于:所述镁合金材料在250℃时的屈服强度为225-260MPa,抗拉强度为260-310MPa,延伸率12%-16%。
8.一种如权利要求书1-7任一项所述的耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,其特征在于:包括,将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次轧制(n≥2)。
9.根据权利要求8所述的一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,其特征在于:所述匀质化处理温度为220-250℃,保温时间为8-10h。
10.根据权利要求8所述的一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,其特征在于:将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次轧制,轧制温度为320-360℃,压下量为20-25%,所述每道次之间进行匀质化处理:250℃保温0.5-2h。
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说明书

技术领域
本发明属于金属结构材料领域,具体涉及一种耐高温稀土-镁合金材料及其制备方法。
背景技术
作为最轻的金属结构材料,镁合金凭借着高的比强度、比刚度以及良好的电磁屏蔽性能在汽车工业、航空航天、武器装备和电子3C等领域中展现了广阔的应用前景。
但是,目前为止,大多数镁合金材料在使用温度升高时,其强度往往会大幅度下降,因此大大限制了镁合金在高温工作条件下的应用。
例如,目前在汽车工业中应用最广的AZ(主要指AZ31、AZ91)和AM(主要指AM50、AM60)系列镁合金,他们在室温下具有一定的强度与塑性,但是当使用温度超过150℃时,他们的强度会大幅度下降,因此,这类合金只能用以制造车用仪表盘、手动变速箱等部件。
目前,工业上使用的耐热镁合金主要为WE系列。
占亮等报道了WE54合金在室温下的力学性能为:屈服强度为182-205MPa,抗拉强度为272-305MPa,伸长率为3.8%-4.3%。
该合金在250℃时的高温性能为:屈服强度为165Mpa,抗拉强度为225MPa,伸长率为7.8%(占亮,王伟,高丹,张杰,姜正鳌,李永恒.耐热高强镁合金WE54成分范围优化.铸造.60(2011)126-128)。
虽然WE54合金具有一定的室温及250℃高温强度,但是,其综合力学性能还有待进一步提高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种在镁合金中形成了一种新型强化相(Mg12Er(Y)Ni相),能够同时提高镁合金的强度和塑性,且Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予镁合金良好的耐热性能的耐高温稀土-镁合金材料。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为:一种耐高温稀土-镁合金材料,包含Y和Er两种稀土元素,其中稀土元素的总含量为4.0-8.0wt%。
作为优选,合金中包含3.0-5.0wt%的Ni元素。
作为优选,合金中包含0.5-2.0wt%的Sn元素。
Sn元素的添加可以进一步促进Mg12Er(Y)Ni相的生成。
作为优选,镁合金材料包含如下重量百分比的成分:Sn:0.5-2.0wt%;Y:2.0-4.0wt%;Er:2.0-4.0wt%,Ni:3.0-5.0wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
本发明通过合理选择合金元素并控制其含量和配比,在稀土-镁合金中形成了一种新型的Mg12Er(Y)Ni相,该相是稀土-镁合金中的一种新型强化相,在稀土-镁合金发生塑性变形的过程中,该相能够同时提高稀土-镁合金的强度和塑性,另外,Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予稀土-镁合金良好的耐热性能。
作为优选,稀土-镁合金材料中稀土元素和Ni元素的重量比为1:0.3-0.6。
稀土-镁合金材料中稀土元素和Ni元素的合理重量比能够在铸造过程中最大限度地将Mg12Er(Y)Ni相引入到合金基体中。
作为优选,镁合金材料在室温下的屈服强度为240-280MPa,抗拉强度为320-360MPa,延伸率6.0%-9.0%。
作为优选,镁合金材料在250℃时的屈服强度为225-260MPa,抗拉强度为260-310MPa,延伸率12%-16%。
本发明的另一个目的在于提供一种能改善稀土-镁合金的力学性能的条件下赋予稀土-镁合金良好的耐热性能的耐高温稀土-镁合金材料的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为:一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,包括,将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次轧制,n≥2次。
本发明制备方法能在稀土-镁合金中形成了一种新型的Mg12Er(Y)Ni相,该相是稀土-镁合金中的一种新型强化相,在稀土-镁合金发生塑性变形的过程中,该相能够同时提高稀土-镁合金的强度和塑性,另外,Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予稀土-镁合金良好的耐热性能。
上述匀质化处理温度为220-250℃,保温时间为8-10h。
铸态镁合金冷凝后的组织处于不同程度的非平衡状态,主要存在晶内偏析,影响镁合金的性能,进行均匀化处理时,合金中的元素进行固态扩散,可以消除或减轻镁合金的缺陷,以使合金的化学成分和组织均匀化,从而改善镁合金的性能。
上述轧制的步骤为:将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次轧制,轧制温度为320-360℃,压下量为20-25%。
每道次之间进行匀质化处理:250℃保温0.5-2h。
该轧制有利于镁合金中形成均匀细小的晶粒,在塑性变形过程中,均匀细小的晶粒一方面有利于合金的塑性变形,一方面增加了晶界的数量,提高了镁合金的强度。
本发明的有益效果为:1)本发明稀土-镁合金中形成了一种新型的Mg12Er(Y)Ni强化相,能够同时提高稀土-镁合金的强度和塑性,且Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予稀土-镁合金良好的耐热性能;2)本发明稀土-镁合金中Sn元素的添加可以进一步促进Mg12Er(Y)Ni相的生成,在提高镁合金的强度和塑性的同时能够赋予镁合金良好的耐热性能。
本发明采用了上述技术方案提供一种耐高温稀土-镁合金材料及其制备方法,弥补了现有技术的不足,设计合理,操作方便。
附图说明
图1为本发明实施例1的轧制态Mg-0.5Sn-4.0Er-2.0Y-3.0Ni合金的显微组织照片。
具体实施方式
本文中所用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“含有”或其任何其他变体意在涵盖非排它性的包括。
例如,包含一系列要素的组合物、工艺、方法、制品或设备并不一定只限于那些要素,而是还可以包含这些组合物、工艺、方法、制品或设备所未明确列举的要素或所固有的其他要素。
术语“包含”旨在包括术语“基本上由...组成”和“由...组成”所涵盖的实施方案。
类似地,术语“基本上由...组成”旨在包括术语“由...组成”所涵盖的实施方案。
当以范围、优选范围或一系列上限优选值和下限优选值给出数量、浓度或其他数值或参数时,应理解其具体公开了由任何较大的范围限值或优选值和任何较小的范围限值或优选值的任何一对数值所形成的所有范围,而无论这些范围是否分别被公开。
例如,当描述“1至5”的范围时,所描述的范围应解释为包括“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等范围。
除非另有说明,在本文描述数值范围之处,所述的范围意图包括范围端值和范围内的所有整数和分数。
体现发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。
应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的描述在本质上是当作说明之用,而非用以限制本发明。
本申请公开一种耐高温稀土-镁合金材料,包含Y和Er两种稀土元素,其中稀土元素的总含量为4.0-8.0wt%。
上述合金中包含3.0-5.0wt%的Ni元素。
上述合金中包含0.5-2.0wt%的Sn元素。
Sn元素的添加可以进一步促进Mg12Er(Y)Ni相的生成。
上述镁合金材料包含如下重量百分比的成分:Sn:0.5-2.0wt%;Y:2.0-4.0wt%;Er:2.0-4.0wt%,Ni:3.0-5.0wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
本发明通过合理选择合金元素并控制其含量和配比,在稀土-镁合金中形成了一种新型的Mg12Er(Y)Ni相,该相是稀土-镁合金中的一种新型强化相,在稀土-镁合金发生塑性变形的过程中,该相能够同时提高稀土-镁合金的强度和塑性,另外,Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予稀土-镁合金良好的耐热性能。
上述稀土-镁合金材料中稀土元素和Ni元素的重量比为1:0.3-0.6。
稀土-镁合金材料中稀土元素和Ni元素的合理重量比能够在铸造过程中最大限度地将Mg12Er(Y)Ni相引入到合金基体中。
上述镁合金材料在室温下的屈服强度为240-280MPa,抗拉强度为320-360MPa,延伸率6.0%-9.0%;镁合金材料在250℃时的屈服强度为225-260MPa,抗拉强度为260-310MPa,延伸率12%-16%。
本申请还公开一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,包括,将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次两次轧制,多道次≥2次。
该制备方法能在稀土-镁合金中形成了一种新型的Mg12Er(Y)Ni相,该相是稀土-镁合金中的一种新型强化相,在稀土-镁合金发生塑性变形的过程中,该相能够同时提高稀土-镁合金的强度和塑性,另外,Mg12Er(Y)Ni相具有极高的热稳定性,能够赋予稀土-镁合金良好的耐热性能。
上述匀质化处理温度为220-250℃,保温时间为8-10h。
铸态镁合金冷凝后的组织处于不同程度的非平衡状态,主要存在晶内偏析,影响镁合金的性能,进行均匀化处理时,合金中的元素进行固态扩散,可以消除或减轻镁合金的缺陷,以使合金的化学成分和组织均匀化,从而改善镁合金的性能。
上述轧制的步骤为:将匀质化处理后的稀土-镁合金进行多道次轧制,轧制温度为320-360℃,压下量为20-25%。
每道次之间进行匀质化处理:250℃保温0.5-2h。
该轧制有利于镁合金中形成均匀细小的晶粒,在塑性变形过程中,均匀细小的晶粒一方面有利于合金的塑性变形,一方面增加了晶界的数量,提高了镁合金的强度。
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述:实施例1:一种耐高温稀土-镁合金材料,包含如下重量百分比的成分:Sn:0.5wt%;Y:2.0wt%;Er:4.0wt%,Ni:3wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,包括,1)将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;2)将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;3)将匀质化处理后的稀土-镁合金进行2道次轧制;轧制温度为340℃,压下量为22%,每道次之间进行匀质化处理:250℃保温1h。
挤压态轧制态Mg-0.5Sn-4.0Er-2.0Y-3.0Ni合金的显微组织照片如图1所示,从图中可以看到大量的Mg12Er(Y)Ni相和细小均匀的晶粒。
上述稀土-镁合金材料在室温下的屈服强度为280MPa,抗拉强度为360MPa,延伸率9.0%;在250℃时的屈服强度为260MPa,抗拉强度为310MPa,延伸率16%。
实施例2:一种耐高温稀土-镁合金材料,包含如下重量百分比的成分:Sn:1.3wt%;Y:3.0wt%;Er:3.0wt%,Ni:4.0wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,包括,1)将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;2)将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;3)将匀质化处理后的稀土-镁合金进行3道次轧制;轧制温度为320℃,压下量为20%,每道次之间进行匀质化处理:250℃保温0.5h。
上述稀土-镁合金材料在室温下的屈服强度为268MPa,抗拉强度为351MPa,延伸率7.8%;在250℃时的屈服强度为252MPa,抗拉强度为300MPa,延伸率15.2%。
实施例3:一种耐高温稀土-镁合金材料,包含如下重量百分比的成分:Sn:2.0wt%;Y:4.0wt%;Er:4.0wt%,Ni:4.8wt%,其余为Mg,不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt%。
一种耐高温稀土-镁合金材料的制备方法,包括,1)将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土-镁合金;2)将所得到的铸态稀土-镁合金匀质化处理;3)将匀质化处理后的稀土-镁合金进行2道次轧制;轧制温度为360℃,压下量为25%,每道次之间进行匀质化处理:250℃保温2h。
上述稀土-镁合金材料在室温下的屈服强度为275MPa,抗拉强度为337MPa,延伸率8.1%;在250℃时的屈服强度为258MPa,抗拉强度为297MPa,延伸率14.5%。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术,故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。
因此,所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
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