一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法

摘要

一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法，它涉及一种镁合金及其制备方法。本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题。本发明镁合金铸锭是由Gd、Y、Zn、Zr和Mg制备而成。方法：首先按质量分数配比材料，其次采用分步熔炼的方式将配比材料全部熔炼，然后采用RJ-5溶剂进行精炼，最后浇铸得到大型铸锭。本发明的优点：一、本发明制备的镁合金铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm；二、对本发明制备的镁合金铸锭表面质量优良、杂质含量低、无缩孔，且成分均匀。本发明主要用于制备大型Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金铸锭。

权利要求

1.一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭，其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由8.1％Gd、3％Y、1％Zn、0.3％Zr和87.6％Mg制备而成，所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径为350mm，所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的长度为2940mm。

2.如权利要求所述的一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法，其特征在于Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭是按以下步骤完成的：

一、备料：按质量分数8.1％Gd、3％Y、1％Zn、0.3％Zr和87.6％Mg配比材料，所述的材料为2#镁锭、Mg-30wt％Gd中间合金、Mg-30wt％Y中间合金、1#锌锭和Mg-25wt％Zr中间合金；二、熔炼：①、将步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭放入熔炼炉中，在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭完全熔化，②、待①中加入的2#镁锭和

1#锌锭完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-30wt％Gd中间合金，并在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-30wt％Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-30wt％Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-25wt％Zr中间合金和Mg-30wt％Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-25wt％Zr中间合金和Mg-30wt％Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至770℃，并向熔体中通入经770℃预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min，得到精炼熔体，然后在0.015MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在760℃下静置100min，然后降温至700℃得到待浇铸熔体；三、浇铸成型：以浇铸速度为42mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.3MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭；步骤三所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径为

350mm，所述Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的长度为2940mm。

说明书

一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种镁合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 20世纪90年代以来，全球掀起了镁合金开发应用的热潮，正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”，世界镁产业以每年15％～25％的幅度增长，这在近代工程金属材料的应用中是前所未有的。镁合金广泛应用于航空、航天、交通工具、3C产品、纺织和印刷行业等。但是普通镁合金的强度不高，特别是高温性能很差，从而限制了其应用范围。因此，具备优良的室温及高温性能的超高强镁合金的开发就显得尤为重要。

[0003] 稀土元素由于具有独特的核外电子排布，在冶金、材料领域中有独特的作用，具有净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能；加入Zn元素不仅可以提高合金的耐蚀性能，而且会在稀土镁合金中形成长周期堆垛结构(LPSO)，可以进一步提高镁合金的强度。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土及Zn元素的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能。但是，随合金中Zn元素含量增加，高强稀土镁合金铸锭易开裂，限制了超高强镁合金的铸锭尺寸，例如在《一种高强度抗蠕变镁合金及其制备方法》(专利公开号：CN101153361A)中公开一种高强度抗蠕变镁合金，合金成分重量百分比为：6％Y、Gd5％、2％Zn、Zr0.5％，杂质元素小于0.02％，其余为Mg，虽然制备的镁合金具有高强度和抗蠕变的性能，但是制备的镁合金铸锭存在尺寸小的问题，尺寸一般直径小于300mm，长度小于2m，这就限制了超高强镁合金在大型结构件上面的应用，制约了我国稀土镁合金产业的发展。

发明内容

[0004] 本发明要解决现有技术制备的超高强镁合金的铸锭尺寸小的问题，而提供一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭及其制备方法。

[0005] 一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg制备而成。

[0006] 一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

[0007] 一、备料：按质量分数5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Zn材料和Mg-Zr中间合金；二、熔炼：①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料放入熔炼炉中，在700℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化，②、待①中加入的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730℃～820℃，并向熔体中通入经750℃～820℃预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01～0.02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃得到待浇铸熔体；三、浇铸成型：
以浇铸速度为25～50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。

[0008] 本发明的优点：一、本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm；二、对本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭进行成分测试、组织观察体可知表面质量优良，通过电感耦合等离子体(ICP)成分分析法检测本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知杂质含量低，通过光学显微镜观察本发明制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭可知无缩孔，通过ICP成分分析仪检测可知本发明备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭成分均匀。

附图说明

[0009] 图1是试验一制备Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的成分分析图，图中的 表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Gd分析图，图中的 表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Y分析图，图中的 表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Zn分析图，图中的 表示Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部至表面的Zr分析图；图2是试验一制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的光学显微组织图。

具体实施方式

[0010] 具体实施方式一：本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭按质量分数由5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg制备而成。

[0011] 本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm。

[0012] 具体实施方式二：本实施方式一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

[0013] 一、备料：按质量分数5％～11％Gd、3％～8％Y、0.5％～2.5％Zn、0.2％～1.0％Zr和80％～90％Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、含Zn材料和Mg-Zr中间合金；二、熔炼：①、将步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料放入熔炼炉中，在700℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化，②、待①中加入的纯Mg锭和含Zn材料完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Gd中间合金，并在750℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～850℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-Zr中间合金和Mg-Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至730℃～820℃，并向熔体中通入经750℃～820℃预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01～0.02MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃得到待浇铸熔体；三、浇铸成型：
以浇铸速度为25～50mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。

[0014] 本实施方式制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的直径达到500mm，长度为2500mm～3500mm。

[0015] 采用下述试验验证发明效果：

[0016] 试验一：一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

[0017] 一、备料：按质量分数8.1％Gd、3％Y、1％Zn、0.3％Zr和87.6％Mg配比材料，所述的材料为2#镁锭、Mg-30wt％Gd中间合金、Mg-30wt％Y中间合金、1#锌锭和Mg-25wt％Zr中间合金；二、熔炼：①、将步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭放入熔炼炉中，在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的2#镁锭和1#锌锭完全熔化，②、待①中加入的2#镁锭和1#锌锭完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-30wt％Gd中间合金，并在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-30wt％Gd中间合金完全熔化，③、待②中加入的Mg-30wt％Gd中间合金完全熔化后，加入步骤一准备的Mg-25wt％Zr中间合金和Mg-30wt％Y中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在800℃、SF6气体保护下使加入的步骤一准备的Mg-25wt％Zr中间合金和Mg-30wt％Y中间合金完全熔化，得到熔体，④、将炉内温度调节至770℃，并向熔体中通入经770℃预热过Ar气，同时加入RJ-5溶剂进行精炼，精炼5min，得到精炼熔体，然后在0.015MPa下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在760℃下静置100min，然后降温至700℃得到待浇铸熔体；三、浇铸成型：以浇铸速度为42mm/min将步骤二制备的待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.3MPa下冷却成型，得到Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭。

[0018] 本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭直径为350mm，长度为2940mm。

[0019] 利用电感耦合等离子体分析仪检测本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的心部至表面，得到成分分析图，如图1所示，从结果可以看出本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭的成分均匀，未发生明显偏析，对本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭心部的ICP成分测试结果如表1所示，通过表1可知杂质含量低。

[0020] 表1

[0021]合金元素 Gd Y Zn Zr Fe Cu Si Ni
含量(wt％) 8.09 2.96 1.00 0.15 0.003 0.002 0.008 0.004[0022] 对本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭采用光学显微观察，得到光学显微组织图，如图2所示，通过图2可知本试验制备的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金大型铸锭无缩孔。

[0023] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中所述的含Zn材料为纯Zn锭或Mg-Zn中间合金。其它与具体实施方式二相同。