CN101008060A

CN101008060A - 一种耐热镁基稀土合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101008060A
Application number: CN 200610131696
Authority: CN
Inventors: 彭秋明; 王立民; 吴耀明; 董含武; 王立东; 孟健; 张洪杰
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明涉及耐热镁基稀土合金及其制备方法。本发明的合金组成及重量百分比为：6～8％Gd，1～5％R，0.3～0.6％Zr，杂质元素Ni、Cu、Fe、Si和Al的总量不大于0.05％，其余为Mg；组成通式为：Mg－(6～8％)Gd－(1～5％)R－(0.3～0.6％)Zr。其中，R代表Nd或Sm或MY或Dy或Ho或Er；该合金中的稀土RE总量范围控制在7％～13％。本发明针对现有耐热稀土镁合金的稀土元素种类组合与数量组合方面的不足，解决工业上可供选择的稀土耐热稀土镁合品种过少等问题，提供一种Gd和RE合适的数量组合的高性能耐热镁基稀土合金及其制备方法。采用价格低廉的MY代替纯Y作为合金化元素，既保证合金具有优良的综合性能，同时也降低了合金成本，获得高性/价比的耐热镁基稀土合金。

Description

一种耐热镁基稀土合金及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种耐热镁基稀土合金及其制备方法。特别是涉及一种以添加钆和另一种稀土为主要合金化元素的耐热镁基合金及其制备方法。

背景技术

镁基稀土合金是耐热镁合金中性能最好的材料之一。特别是高稀土含量的合金在150℃～300℃温度范围有着优良的力学性能。但是，到目前为止，该类合金在设计、制备和应用过程中主要存在两方面的不足：①作为镁合金的强化元素--稀土元素的研究方面还很不够，可供实际使用的种类不多。②利用稀土元素组合方式、组合数量等提高该类耐热合金的性/价比的还大有潜力。稀土有17种元素，除掉一种有放射性元素钷外，合适的稀土元素种类和数量组合的方式数量庞大；但是，在过去30年中，首先研制出以稀土Y、Nd和混合重稀土(MRE)三者组合为强化形式的WE54和WE43耐热镁基稀土合金，其代表性组成分别为Mg-5％Y-2％MRE-2％Nd-0.4％Zr(WE54)和Mg-4％Y-3％MRE-0.4％Zr(WE43)。这两种牌号的合金有着良好的耐高温性能和综合性能。近年发现，以稀土Gd、Y组合方式所制备出的耐热镁基稀土合金具有比WE54和WE43更好的力学性能，该Gd、Y组合方式的合金代表性组成有：Mg-8％Gd-3％Y-1％Mn、Mg-10％Gd-0.8％Sc-1％Mn、Mg-9％Gd-4％Y-0.6％Zr、Mg-(5％～17％)Gd-(2％～10％)Y-(0.5％～0.8％)Zr和Mg-(6％～15％)Gd-(1％～6％)Y-(0.35％-0.80％)Zr-(0～1.5％)Ca。

美国专利20040045639号和中国专利02802647.0号，公开了日本本田技研公司所申请的题为“镁合金”的专利，该发明公开了近百种Gd与其它元素组合所获得的耐热镁合金在200℃下的力学性能数据。提出了重视固溶强化在研究耐热镁基稀土合金中贡献的很好思想，但其缺点在于该发明没有公开在250℃以上有应用价值的稀土组合结果。

另一中国专利200510025251.6号，公开了题为“高强度耐热镁合金及其制备方法”的专利，该发明申请保护稀土(RE)总量为7％～21％的Mg-(6％～15％)Gd-(1％～6％)Y-(0.35％-0.80％)Zr-(0～1.5％)Ca体系。该发明的优点在于获得了250℃以上有应用价值的组合结果。但其缺点在于：该发明主、辅强化元素组合方式仍然为Gd、Y组合方式，也没有涉及Gd、Y组合之外的更多稀土组合研究结果，而且该发明与以前发现的Mg-9％Gd-4％Y-0.6％Zr体系或Mg-11％Gd-3％Y-0.4％Zr体系在核心组成上的区别难以在其发明实施例中找到。

中国专利200610031169.9号，在2006年7月19日公开了题为“高强耐热稀土镁合金”的专利，该发明申请保护RE总量为5％～22％的Mg-(2％～10％)Gd-(3％～12％)Y-(0.4％-0.7％)Zr-0.3％R或Mg-(2％～10％)Gd-(3％～12％)Y-(0.6％～1.5％)Mn-0.3％X的体系，其中R为Cu、Ca等；X为Sb、Sn等。该发明的优点在于获得了在300℃应用条件下，短时(10分钟以上)极限拉伸强度σ b≥180MPa。即可以作为铸造镁合金使用，又可以作为变形镁合金加工的性能良好的合金。但其缺点在于：该发明主、辅强化元素组合方式仍然局限在Gd、Y组合方式，也没有涉及Gd、Y组合之外的更多稀土组合研究结果。

在2006年8月9日，中国专利200610024085.2号又公开了题为“高强度耐热镁合金及其制备方法”的专利，该发明申请保护RE总量为5％～18％的Mg-(3％～12％)Y-(2％～6％)Sm-(0.35％-0.8％)Zr的体系。该发明的优点在于注重新的稀土元素组合，发明了用Sm代替WE系列合金中的Nd，获得了Y-Sm组合体系的新合金。但仍未涉及Gd-Sm组合方式的研究结果。

张新明等用Mg-9％Gd-4％Y-0.65％Mn体系代替Mg-9％Gd-4％Y-0.6％Zr体系。发现虽然铸态含Mn耐热稀土镁合金比含Zr合金的晶粒粗大的多，但是只要将含Mn合金的T5处理变为T6处理，也可以得到好的结果(张新明等，Mg-Gd-Y-(Mn，Zr)合金的显微组织和力学性能[J].中国有色金属学报，16(2)，2006，第219-217页)。该发现的优点在于用Mn代替Zr降低了原料成本而性能又基本保持不变。但是，该发现的缺点在于忽略了降低合金主强化元素——稀土元素，由此来更大的降低原料成本，从而进一步提高该合金性/价比。由于稀土元素的物理/化学性质的相似性，稀土元素之间的分离纯制成本较高，混合稀土的分离成本要比单一稀土的低。例如富钇混合稀土(MY)的售价通常要比纯钇便宜得多，其主要原因来源于分离成本的差异性。在耐热镁基稀土合金的设计过程中，在可能的条件下，用混合稀土代替单一稀土可明显降低成本。当代替的结果使得最终的合金性能相差不大时，则可以提高耐热镁基稀土合金的性/价比，这种设计思想在上述发明中的耐热镁基稀土合金过程中还很不够。

发明内容

本发明的目的在于针对现有耐热镁基稀土合金存在的的稀土元素种类与数量组合的不足，以及性/价比不理想问题，提供耐热镁基稀土合金及其制备方法，具体涉及提供Gd-Nd、Gd-Sm、Gd-MY、Gd-Dy、Gd-Ho和Gd-Er的多种数量组合的高性能耐热镁基稀土合金及其制备方法。以解决工业上可供选择的耐热镁基稀土合金品种不多和性/价比不理想以及稀土资源不能高效利用的问题。

本发明的耐热镁基稀土合金所依据的基本技术原则为：

一、在稀土元素种类组合与数量组合方面的设计：①对于耐热温度要求在250℃以上有优良力学性能的耐热镁基稀土合金的设计，强化元素析出强化优先于固溶强化考虑。②辅助强化元素不明显影响主强化元素发挥强化作用。

例如：对于Gd-Dy组合的耐热镁基稀土合金的设计：本发明的合金中的主强化元素为稀土Gd，并且Gd的添加量控制在6％～8％。辅助强化元素为Dy，并且Dy的添加量控制在2％～5％。从Mg-Gd和Mg-Dy的二元相图可以看出：①主强化元素Gd在冷却过程中析出几率最大的金属间化合物Mg₅Gd的熔点为642℃，而辅强化元素Dy析出几率最大的金属间化合物Mg₂₄Dy₅的熔点为600℃，二者熔点相差42℃。主强化元素的析出物对提高合金使用温度的贡献高于辅强化元素。如果辅强化元素的析出强烈干扰主强化元素的析出物以至于使主强化元素析出物对提高合金耐热性的贡献减小，则合金设计不符合本原则。②从二元相图还可以看出：在500℃到室温范围内，在富Mg相图区，Dy在Mg中的固溶度比Gd在Mg中的固溶度大许多，例如：在500℃、400℃、300℃、200℃和100℃，Dy在Mg中的最大固溶度分别为22.4％、18.0％、13.9％、10.6％、7.1％；而在上述温度下，Gd在Mg中的最大固溶度则分别为18.1％、10.9％、6.2％、3.1％和0.9％。由此可见，在合金冷却过程中，由于辅强化元素Dy在同温度下最大固溶度大于主强化元素Gd，并且添加数量少于主强化元素Gd，因而，Dy的析出不会强烈干扰主强化元素Gd的析出，确保主强化元素Gd发挥出更大的析出强化作用。对于本发明中的辅助元素Zr：从Mg-Zr相图可以看出，在150℃～550℃，Zr在Mg中的固溶度很小，本发明Zr的含量控制在0.3％～0.6％，主要起细化晶粒的作用。

二、在提高耐热镁基稀土合金性/价比方面的设计：①以Gd为主的原则：Gd为第一组分，且Gd的添加量控制在6％～8％。②Nd或Sm或MY或Dy或Ho或Er等稀土元素为辅原则：Nd或Sm或MY或Dy或Ho或Er等稀土元素为第二组分，添加量控制范围在1％～5％。③Gd和Nd或Sm或MY或Dy或Ho或Er等稀土元素总量控制原则：RE总量控制为7％～13％。

例如：当用MY替代Y制造Gd-MY组合方式的耐热镁基稀土合金的设计过程中，选择Gd为主要强化元素。因为在200℃时，Gd在Mg中的固溶度约为3.1％，固溶强化本身对于合金的耐热性能有较大贡献；当Gd的添加量控制在6％～8％时，超过3.1％部分容易形成Mg₅Gd化合物，利用析出强化提高合金的耐热性能。辅助强化元素MY的加入能降低Gd在Mg中的固溶度，从而提高主强化元素Gd的析出强化效果。合金中RE总量控制为7％～11％，其量小值与WE43的RE总量相同，其最大值大于RE总量为9％的WE54体系，小于RE总量为13％的Mg-9％Gd-4％Y-0.6％Zr体系。另外，过去20年里，许多国家在研究Al-Zr-Y耐热铝导电线和Fe-Cr-Al-Y耐热钢过程中的研究结果表明：用MY代替纯Y，既保证合金具有优良的综合性能，也降低了合金的成本，并且这些用MY替代纯Y的铝合金和耐热钢到今天都发展成为固定商品；所以，本设计将“MY代替纯Y”的思想从铝合金和合金钢领域移植到设计耐热镁合金领域，获得高的性/价比的耐热镁基稀土合金具有可行性和现实性。

本发明的耐热镁基稀土合金，其组成通式为：Mg-(6～8％)Gd-(1～5％)Re-(0.3～0.7％)Zr，具体组成及质量配比为：6～8％Gd，1～5％Re，0.3～0.7％Zr，杂质元素Ni、Cu、Fe和Si的总量不大于0.05％，其余为Mg。Re代表Nd、Sm、MY、Dy、Ho或Er；该耐热镁基稀土合金中的Gd与Re百分含量之和为RE总量，其范围为7％-13％。

本发明的耐热镁基稀土合金的制备方法的步骤和条件如下：

以市售纯度为99.9％的Mg锭，99.5％的Mg-RE中间合金锭：Mg-Gd、Mg-Nd、Mg-Sm、Mg-MY、Mg-Dy、Mg-Ho、Mg-Er中间合金锭，99.5％的Mg-Zr中间合金锭为合金原料；Mg-RE中间合金锭中的RE占合金重量百分比为20～30％；Mg-MY中间合金锭中的富钇混合稀土MY的相对组成，即：每一种单一稀土占富钇混合稀土总量的重量百分比为：Y为88.2％，Er为6.9％，Ho为1.4％，Yb为1.2％，其它La、Ce、Pr等稀土总和为2.3％，MY中所有单一稀土总和为100％。Mg-Zr中间合金锭中的Zr含量占中间合金重量百分比为30％。

Mg锭和中间合金锭原料经切割、除油、干燥和去除氧化皮；其中，除油是将Mg锭和中间合金锭原料浸泡到含有表面活性剂的碱液中刷洗，然后用洁净水冲洗；干燥为自然干燥；除氧化皮方法为用锉或刨的机械清除方法。

按照质量配比进行称量原料，把原料在熔盐池中蘸挂熔盐后加入到熔炼温度T_f为650℃-790℃的熔炼炉内，所蘸挂熔盐为碱金属的卤盐，其中优选碱金属的氯盐；更为优选的是含有重量百分比分别为5％以下的碱金属氟盐的氯盐体系，最优选含有重量百分比为2％NaF添加剂的NaCl-KCl的混合熔盐体系。

向熔炼炉内的加料顺序为：金属Mg、Mg-Gd中间合金、Mg-Nd或Mg-Sm或Mg-MY或Mg-Dy或Mg-Ho或Mg-Er中间合金、Mg-Zr中间合金。该熔炼炉的坩埚为石墨坩埚。保护剂为氯化物熔盐，优选碱金属氯化物二元或三元混合盐，更为优选的是含有重量百分比为2％NaF添加剂的NaCl-KCl的混合熔盐体系。

从加入第二种原料Mg-Gd中间合金开始搅拌直至所有原料加完，每次搅拌时间t_s为2～10min。合金浇注前应该静置，静置时间t_p为10～30min，浇注金属模具预热温度T_w为200～250℃，浇注温度T_p为670～730℃。合金液经扒渣后浇注预热的金属模具中。然后将得到的合金进行热处理，热处理分为固溶和人工时效处理两部分。固溶处理条件为：在530℃保温8～12h，固溶处理后的样品在T_wg范围为45～85℃的水中水淬；人工时效处理条件为：时效温度T_at为200～250℃，时效时间t_at为40～100h，得到耐热镁基稀土合金。

本发明的制备方法优点：

1、本发明的Gd-Nd、Gd-Sm、Gd-MY、Gd-Dy、Gd-Ho和Gd-Er组合方式的多种耐热镁基稀土合金增加了工业上可供选择应用的耐热镁基稀土合金品种。

2、采用价格低廉的MY代替纯Y作为合金化元素，既保证合金具有优良的综合性能，同时也降低了合金成本，获得高性/价比的耐热镁基稀土合金。

附图说明

图1是本发明Gd-Nd组合的耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图2是本发明Gd-Nd组合的耐热镁基稀土合金的典型组织。

图3是本发明Gd-Sm组合的耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图4是本发明Gd-Sm组合的耐热镁基稀土合金的典型组织。

图5是本发明Gd-MY组合的耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图6是本发明Gd-MY组合的耐热镁基稀土合金的典型组织。

图7是本发明Gd-Dy组合的耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图8是本发明Gd-Dy组合的耐热镁基稀土合金热的典型组织。

图9是本发明Gd-Ho组合的新耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图10是本发明Gd-Ho组合的耐热镁基稀土合金的典型组织。

图11是本发明Gd-Er组合的耐热镁基稀土合金的典型XRD图。

图12是本发明Gd-Er组合的耐热镁基稀土合金的典型组织。

具体实施方式：

实施例1：

按照Mg-6％Gd-3％Dy-0.5％Zr的组成进行原料配比，其中的百分比为重量百分比，Mg为余量。该式中所用的原料为市售纯度为99.9％的Mg锭，99.5％的Mg-20％Gd和Mg-25％Dy中间合金锭，99.5％的Mg-30％Zr中间合金锭。金属锭和合金锭经切割、除油、干燥和去除氧化皮后，其中除油手段主要是将金属和合金原料浸泡到含有表面活性剂的碱液中刷洗和而后的洁净水冲洗；干燥为自然干燥；除氧化皮方法为锉或刨的机械清除方法。

按照所设计的含量进行配重。配重后的金属块和合金块在熔盐池中蘸挂熔盐后加入到熔炼温度T_f为780℃的熔炼炉内，原料的加入顺序依次为：金属Mg，Mg-20％Gd、Mg-25％Dy和Mg-30％Zr中间合金；

该熔炼炉的坩埚为石墨坩埚。保护剂为氯化物熔盐，其中优选的为碱金属氯化物二元或三元混合盐，更为优选的是含有重量百分比为2％NaF添加剂的NaCl-KCl的混合熔盐体系。

从加入第二种原料开始搅拌直至所有原料加完为止。每次搅拌时间t_s为5min。浇注前的合金静止时间t_p为20min，模具预热温度T_w为220℃，浇注温度T_p为730℃。将得到的合金分两部分，一部分用作铸态组织和性能测定，另一部分进行热处理。其中的固溶处理条件为在530℃保温8h，冷淬温度T_wg为在60℃的水中；人工时效处理温度T_at为250℃，时效时间t_at为80h。

本发明的Mg-6％Gd-3％Dy-0.5％Zr耐热镁合金铸态力学性能为：

室温：抗拉强度：212MPa；屈服强度：133MPa；伸长率：8.1％。

250℃：抗拉强度：189MPa；屈服强度：117MPa；伸长率：11.7％。

本发明的Mg-6％Gd-3％Dy-0.5％Zr耐热镁合金热处理后力学性能为：

室温：抗拉强度：359MPa；屈服强度：260MPa；伸长率：7.1％。

250℃：抗拉强度：291MPa；屈服强度：210MPa；伸长率：10.1％。

实施例2：

其余同实施例1。耐热镁合金组成为Mg-8％Gd-1％Dy-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为650℃，ts为2min，t_p为10min，T_w为200℃，T_p为670℃，T_wg为60℃，T_at为200℃，t_at为50h。

本发明的Mg-8％Gd-1％Dy-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：202MPa；屈服强度：113MPa；伸长率：7.8％。

250℃：抗拉强度：179MPa；屈服强度：107MPa；伸长率：11％。

本发明的Mg-8％Gd-1％Dy-0.5％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：367MPa；屈服强度：270MPa；伸长率：6.7％。

250℃：抗拉强度：290MPa；屈服强度：215MPa；伸长率：8.9％。

实施例3：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-5％Dy-0.4％Zr。其制备工艺参数为：T_f为715℃，ts为6min，t_p为15min，T_w为210℃，T_p为690℃，T_wg为60℃，T_at为230℃，t_at为72h。

本发明的Mg-7％Gd-5％Dy-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：242MPa；屈服强度：123MPa；伸长率：7.1％。

250℃：抗拉强度：199MPa；屈服强度：128MPa；伸长率：9.4％。

本发明的Mg-7％Gd-5％Dy-0.4％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：379MPa；屈服强度：275MPa；伸长率：7.7％。

250℃：抗拉强度：298MPa；屈服强度：235MPa；伸长率：9.8％。

实施例4：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-6％Gd-3％Dy-0.3％Zr。其制备工艺参数为：T_f为740℃，ts为8min，t_p为18min，T_w为215℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为240℃，t_at为60h。

本发明的Mg-6％Gd-3％Dy-0.3％Zr。耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：212MPa；屈服强度：113MPa；伸长率：8.7％。

250℃：抗拉强度：189MPa；屈服强度：108MPa；伸长率：9.4％。

本发明的Mg-6％Gd-3％Dy-0.3％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：349MPa；屈服强度：255MPa；伸长率：8.0％。

250℃：抗拉强度：258MPa；屈服强度：215MPa；伸长率：9.3％。

实施例5：

其余同实施例1。按照组成为Mg-6％Gd-3％MY-0.4％Zr进行原料配比，该式中所用的MY原料为市售纯度为99.5％的Mg-25％MY中间合金锭。在MY中，各单一稀土占混合稀土总量的重量百分比分别为：Y＝88.2％，Er＝6.9％，Ho＝1.4％，Yb＝1.2％，其它稀土总和＝1.8％。其制备工艺参数为：T_f为790℃，ts为15min，t_p为30min，T_w为220℃，T_p为730℃，T_wg为75℃，T_at为250℃，t_at为100h。

本发明的Mg-6％Gd-3％MY-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：199MPa；屈服强度：137MPa；伸长率：7.5％。

250℃：抗拉强度：174MPa；屈服强度：105MPa；伸长率：12.4％。

耐热镁合金Mg-6％Gd-3％MY-0.4％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：279MPa；屈服强度：182MPa；伸长率：5.5％。

250℃：抗拉强度：237MPa；屈服强度：156MPa；伸长率：9.4％。

实施例6：

其余同实施例5。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-1％MY-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为660℃，t_s为5min，t_p为20min，T_w为200℃，T_p为670℃，T_wg为75℃，T_at为200℃，t_at为60h。

本发明的Mg-8％Gd-1％MY-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：201MPa；屈服强度：139MPa；伸长率：7.6％。

250℃：抗拉强度：176MPa；屈服强度：107MPa；伸长率：12.6％。

耐热镁合金Mg-8％Gd-1％MY-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：281MPa；屈服强度：184MPa；伸长率：5.6％。

250℃：抗拉强度：239MPa；屈服强度：158MPa；伸长率：9.5％。

实施例7：

其余同实施例5。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-3％MY-0.4％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为75℃，T_at为235℃，t_at为90h。

本发明的Mg-7％Gd-3％MY-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：202MPa；屈服强度：140MPa；伸长率：7.7％。

250℃：抗拉强度：177MPa；屈服强度：108MPa；伸长率：12.7％。

耐热镁合金Mg-7％Gd-3％MY-0.4％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：282MPa；屈服强度：185MPa；伸长率：5.4％。

250℃：抗拉强度：240MPa；屈服强度：159MPa；伸长率：9.6％。

实施例8：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-3％MY-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为215℃，T_p为710℃，T_wg为75℃，T_at为225℃，t_at为80h。

本发明的Mg-8％Gd-3％MY-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：205MPa；屈服强度：143MPa；伸长率：8.0％。

250℃：抗拉强度：180MPa；屈服强度：111MPa；伸长率：13.0％。

耐热镁合金Mg-8％Gd-3％MY-0.5％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：286MPa；屈服强度：189MPa；伸长率：6.0％。

250℃：抗拉强度：243MPa；屈服强度：162MPa；伸长率：9.9％。

实施例9：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-6％Gd-3％Nd-0.5％Zr，该简式中所用的Nd原料为市售纯度为99.5％的Mg-22％Nd中间合金锭。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为215℃，T_p为710℃，T_wg为65℃，T_at为225℃，t_at为40h。

本发明的Mg-6％Gd-3％Nd-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：184MPa；屈服强度：107MPa；伸长率：5.0％。

250℃：抗拉强度：140MPa；屈服强度：96MPa；伸长率：7.0％。

耐热镁合金Mg-6％Gd-3％Nd-0.5％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：236MPa；屈服强度：189MPa；伸长率：4.0％。

250℃：抗拉强度：183MPa；屈服强度：132MPa；伸长率：5.9％。

实施例10：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-3％Nd-0.4％Zr，其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为65℃，T_at为235℃，t_at为40h。

本发明的Mg-8％Gd-3％Nd-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：232MPa；屈服强度：160MPa；伸长率：5.7％。

250℃：抗拉强度：174MPa；屈服强度：128MPa；伸长率：10.7％。

耐热镁合金Mg-8％Gd-3％Nd-0.4％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：285MPa；屈服强度：195MPa；伸长率：4.7％。

250℃：抗拉强度：230MPa；屈服强度：160MPa；伸长率：8.6％。

实施例11：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-1％Nd-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为65℃，T_at为235℃，t_at为50h。

本发明的Mg-7％Gd-1％Nd-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：192MPa；屈服强度：137MPa；伸长率：6.7％。

250℃：抗拉强度：157MPa；屈服强度：98MPa；伸长率：8.7％。

耐热镁合金Mg-7％Gd-1％Nd-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：262MPa；屈服强度：165MPa；伸长率：5.4％。

250℃：抗拉强度：200MPa；屈服强度：149MPa；伸长率：7.6％。

实施例12：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-2％Nd-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为6min，t_p为15min，T_w为210℃，T_p为690℃，T_wg为65℃，T_at为230℃，t_at为68h。

本发明的Mg-7％Gd-2％Nd-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：244MPa；屈服强度：153MPa；伸长率：6.1％。

250℃：抗拉强度：189MPa；屈服强度：128MPa；伸长率：7.8％。

本发明的Mg-7％Gd-2％Nd-0.5％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：309MPa；屈服强度：255MPa；伸长率：5.9％。

250℃：抗拉强度：248MPa；屈服强度：195MPa；伸长率：6.3％。

实施例13：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-6％Gd-5％Sm-0.4％Zr，该式中所用的Sm原料为市售纯度为99.5％的Mg-20％Sm中间合金锭。其制备工艺参数为：T_f为740℃，t_s为8min，t_p为18min，T_w为215℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为240℃，t_at为62h。

本发明的Mg-6％Gd-5％Sm-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：202MPa；屈服强度：103MPa；伸长率：8.7％。

250℃：抗拉强度：169MPa；屈服强度：88MPa；伸长率：9.4％。

本发明的Mg-6％Gd-5％Sm-0.4％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：269MPa；屈服强度：175MPa；伸长率：7.0％。

250℃：抗拉强度：188MPa；屈服强度：105MPa；伸长率：9.8％。

实施例14：

其余同实施例13。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-1％Sm-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为660℃，t_s为5min，t_p为20min，T_w为200℃，T_p为670℃，T_wg为60℃，T_at为200℃，t_at为60h。

本发明的Mg-8％Gd-1％Sm-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：211MPa；屈服强度：138MPa；伸长率：7.6％。

250℃：抗拉强度：177MPa；屈服强度：105MPa；伸长率：11.6％。

本发明的Mg-8％Gd-1％Sm-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：271MPa；屈服强度：194MPa；伸长率：4.6％。

250℃：抗拉强度：199MPa；屈服强度：158MPa；伸长率：6.5％。

实施例15：

其余同实施例13。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-3％Sm-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为235℃，t_at为70h。

本发明的Mg-7％Gd-3％Sm-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：232MPa；屈服强度：170MPa；伸长率：5.7％。

250℃：抗拉强度：187MPa；屈服强度：138MPa；伸长率：7.7％。

本发明的Mg-7％Gd-3％Sm-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：282MPa；屈服强度：186MPa；伸长率：3.7％。

250℃：抗拉强度：210MPa；屈服强度：169MPa；伸长率：5.6％。

实施例16：

其余同实施例13。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-2％Sm-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为235℃，t_at为45h。

本发明的Mg-8％Gd-2％Sm-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：室温：抗拉强度：242MPa；屈服强度：170MPa；伸长率：5.2％。250℃：抗拉强度：194MPa；屈服强度：138MPa；伸长率：8.4％。

本发明的Mg-8％Gd-2％Sm-0.5％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：288MPa；屈服强度：197MPa；伸长率：4.9％。

250℃：抗拉强度：230MPa；屈服强度：170MPa；伸长率：5.6％。

实施例17：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-6％Gd-3％Ho-0.3％Zr，该式中所用的Ho原料为市售纯度为99.5％的Mg-30％Ho中间合金锭。其制备工艺参数为：T_f为730℃，t_s为15min，t_p为24min，T_w为218℃，T_p为710℃，T_wg为70℃，T_at为225℃，t_at为45h。

本发明的Mg-6％Gd-3％Ho-0.3％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：191MPa；屈服强度：117MPa；伸长率：5.3％。

250℃：抗拉强度：137MPa；屈服强度：96MPa；伸长率：7.0％。

耐热镁合金Mg-6％Gd-3％Ho-0.3％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：238MPa；屈服强度：179MPa；伸长率：4.8％。

250℃：抗拉强度：182MPa；屈服强度：133MPa；伸长率：5.9％。

实施例18：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-3％Ho-0.4％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为70℃，T_at为235℃，t_at为45h。

本发明的Mg-8％Gd-3％Ho-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：235MPa；屈服强度：164MPa；伸长率：5.4％。

250℃：抗拉强度：182MPa；屈服强度：118MPa；伸长率：10.1％。

耐热镁合金Mg-8％Gd-3％Ho-0.4％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：289MPa；屈服强度：194MPa；伸长率：4.9％。

250℃：抗拉强度：233MPa；屈服强度：167MPa；伸长率：8.4％。

实施例19：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-1％Ho-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为230℃，t_at为50h。

本发明的Mg-7％Gd-1％Ho-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：182MPa；屈服强度：127MPa；伸长率：6.7％。

250℃：抗拉强度：167MPa；屈服强度：99MPa；伸长率：8.7％。

耐热镁合金Mg-7％Gd-1％Ho-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：264MPa；屈服强度：161MPa；伸长率：5.4％。

250℃：抗拉强度：208MPa；屈服强度：146MPa；伸长率：7.6％。

实施例20：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-5％Ho-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为6min，t_p为15min，T_w为210℃，T_p为690℃，T_wg为60℃，T_at为230℃，t_at为70h。

本发明的Mg-7％Gd-5％Ho-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：245MPa；屈服强度：155MPa；伸长率：6.1％。

250℃：抗拉强度：187MPa；屈服强度：118MPa；伸长率：7.8％。

本发明的Mg-7％Gd-5％Ho-0.5％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：316MPa；屈服强度：265MPa；伸长率：5.9％。

250℃：抗拉强度：252MPa；屈服强度：187MPa；伸长率：6.3％。

实施例21：

其余同实施例1。耐热镁合金的组成为Mg-6％Gd-3％Er-0.6％Zr。该式中所用的Nd原料为市售纯度为99.5％的Mg-25Er中间合金锭。其制备工艺参数为：T_f为710℃，t_s为20min，t_p为20min，T_w为215℃，T_p为710℃，T_wg为60℃，T_at为225℃，t_at为50h。

本发明的Mg-6％Gd-3％Er-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：185MPa；屈服强度：103MPa；伸长率：5.0％。

250℃：抗拉强度：144MPa；屈服强度：99MPa；伸长率：7.7％。

耐热镁合金Mg-6％Gd-3％Er-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：232MPa；屈服强度：182MPa；伸长率：4.3％。

250℃：抗拉强度：173MPa；屈服强度：130MPa；伸长率：5.6％。

实施例22：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-8％Gd-3％Er-0.4％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为235℃，t_at为45h。

本发明的Mg-8％Gd-3％Er-0.4％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：212MPa；屈服强度：160MPa；伸长率：5.7％。

250℃：抗拉强度：164MPa；屈服强度：128MPa；伸长率：10.7％。

耐热镁合金Mg-8％Gd-3％Er-0.4％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：275MPa；屈服强度：156MPa；伸长率：4.7％。

250℃：抗拉强度：220MPa；屈服强度：123MPa；伸长率：8.6％。

实施例23：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-1％Er-0.6％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为10min，t_p为25min，T_w为210℃，T_p为700℃，T_wg为60℃，T_at为235℃，t_at为40h。

本发明的Mg-7％Gd-1％Er-0.6％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：172MPa；屈服强度：127MPa；伸长率：6.4％。

250℃：抗拉强度：147MPa；屈服强度：93MPa；伸长率：8.7％。

耐热镁合金Mg-7％Gd-1％Er-0.6％Zr热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：242MPa；屈服强度：165MPa；伸长率：5.4％。

250℃：抗拉强度：170MPa；屈服强度：149MPa；伸长率：7.6％。

实施例24：

其余同实施例9。耐热镁合金的组成为Mg-7％Gd-2％Er-0.5％Zr。其制备工艺参数为：T_f为720℃，t_s为6min，t_p为20min，T_w为220℃，T_p为690℃，T_wg为60℃，T_at为220℃，t_at为68h。

本发明的Mg-7％Gd-2％Er-0.5％Zr耐热镁合金铸态的力学性能为：

室温：抗拉强度：234MPa；屈服强度：153MPa；伸长率：6.1％。

250℃：抗拉强度：169MPa；屈服强度：128MPa；伸长率：7.8％。

本发明的MMg-7％Gd-2％Er-0.5％Zr耐热镁合金热处理后的力学性能为：

室温：抗拉强度：259MPa；屈服强度：175MPa；伸长率：5.9％。

250℃：抗拉强度：208MPa；屈服强度：135MPa；伸长率：6.3％。

Claims

1、一种耐热镁基稀土合金，其特征在于，其组成通式为：Mg-(6～8％)Gd-(1～5％)Re-(0.3～0.7％)Zr，其成分及质量百分比配比为：6～8％Gd，1～5％Re，0.3～0.7％Zr，杂质元素Ni、Cu、Fe和Si的总量不大于0.05％，其余为Mg；Re代表Nd、Sm、MY、Dy、Ho或Er。

2、如权利要求1所述的一种耐热镁基稀土合金的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：

以市售纯度为99.9％的Mg锭，99.5％的Mg-RE中间合金锭：Mg-Gd、Mg-Nd、Mg-Sm、Mg-MY、Mg-Dy、Mg-Ho、Mg-Er中间合金锭，99.5％的Mg-Zr中间合金锭为合金原料；Mg-RE中间合金锭中的RE占合金重量百分比为20～30％；Mg-MY中间合金锭中的富钇混合稀土MY的相对组成，即：每一种单一稀土占富钇混合稀土总量的重量百分比为：Y为88.2％，Er为6.9％，Ho为1.4％，Yb为1.2％，其它La、Ce、Pr等稀土总和为2.3％，MY中所有单一稀土总和为100％；Mg-Zr中间合金锭中的Zr含量占中间合金重量百分比为30％；

Mg锭和中间合金锭原料经切割、除油、干燥和去除氧化皮；其中，除油是将Mg锭和中间合金锭原料浸泡到含有表面活性剂的碱液中刷洗，然后用洁净水冲洗；干燥为自然干燥；除氧化皮方法为用锉或刨的机械清除方法；

按照质量配比进行称量原料，把原料在熔盐池中蘸挂熔盐后加入到熔炼温度T_f为650℃-790℃的熔炼炉内，所蘸挂熔盐为碱金属的卤盐；

向熔炼炉内的加料顺序为：金属Mg、Mg-Gd中间合金、Mg-Nd或Mg-Sm或Mg-MY或Mg-Dy或Mg-Ho或Mg-Er中间合金、Mg-Zr中间合金；该熔炼炉的坩埚为石墨坩埚；保护剂为氯化物熔盐；

从加入第二种原料Mg-Gd中间合金开始搅拌直至所有原料加完，每次搅拌时间t_s为2～10min；合金浇注前应该静置，静置时间t_p为10～30min，浇注金属模具预热温度T_w为200～250℃，浇注温度T_p为670～730℃；合金液经扒渣后浇注预热的金属模具中；然后将得到的合金进行热处理，热处理分为固溶和人工时效处理两部分；固溶处理条件为：在530℃保温8～12h，固溶处理后的样品在T_wg范围为45～85℃的水中水淬；人工时效处理条件为：时效温度T_at为200～250℃，时效时间t_at为40～100h，得到耐热镁基稀土合金。

3、如权利要求2所述的一种耐热镁基稀土合金的制备方法，其特征在于，所述的蘸挂熔盐的卤盐优选碱金属的氯盐；保护剂优选碱金属氯化物二元或三元混合盐。

4、如权利要求3所述的一种耐热镁基稀土合金的制备方法，其特征在于，所述的蘸挂熔盐的碱金属的氯盐更为优选的是含有重量百分比为5％以下的碱金属氟盐的氯盐体系，保护剂优选更为优选的是含有重量百分比为2％的NaF添加剂的NaCl-KCl的混合熔盐。

5、如权利要求4所述的一种耐热镁基稀土合金的制备方法，其特征在于，所述的蘸挂熔盐和保护剂最优选均为含有重量百分比为2％的NaF添加剂的NaCl-KCl的混合熔盐体系。