CN102051511A - 含铈的镁-锌-铜镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含铈的镁-锌-铜镁合金，用于金属材料类领域。所述镁合金包含的各成分及其重量百分比为：Zn6.0～10.0%，Cu3.0～10.0%，Ce0.15～1.80%，不可避免的杂质≤0.15%，余量为Mg。本发明在Mg-Zn-Cu合金基础上添加Ce，细化晶粒组织，影响Zn、Cu在合金中的分布及第二相类型、形貌和含量。本发明所述镁合金具有较高的室温性能，其室温抗拉强度不低于320MPa，屈服强度不低于260MPa，延伸率为9-11%。
Description
技术领域
本发明涉及含铈的镁-锌-铜镁合金，属于金属材料技术领域。
背景技术
镁合金具有密度小，比强度、比刚度高，阻尼减振性能和铸造性能优越等特点而受到交通运输、航空航天以及军事方面的广泛关注。Mg-Zn-Cu合金是20世纪80年代发展起来的新型镁合金。Zn在Mg中的最大固溶度为6.2%，且固溶度随温度降低而显著下降，Mg-Zn合金通过固溶时效提高其强度。Cu的加入一方面提高Mg-Zn合金的共晶温度，使其具有更高的固溶处理温度使Zn和Cu能最大限度地固溶于镁基体中，另一方面改变Mg-Zn合金中共晶相的结构，加入Cu元素后，共晶组织从α-Mg + MgZn两相转变为α-Mg + CuMgZn两相。合金时效硬化作用主要与两个沉淀相有关：β1' (MgZn2棒状)和β2' (MgZn2板状或盘状)，Cu的加入显著提高这两种沉淀相的浓度，起到时效硬化作用。
目前，研究发现Mg-Zn-Cu系合金具有良好的铸造性能和可焊接性能，但该系合金必须经过热处理后才能达到其最佳力学性能。且国内外关于Mg-Zn-Cu合金的研究尚处于起步阶段，所开发的合金系较少。
发明内容
针对现有Mg-Zn-Cu合金存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有良好铸造性能，强度较高，塑性变形能力良好的含Ce的Mg-Zn-Cu镁合金。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含铈的镁-锌-铜镁合金，包含的化学成分及其重量百分比6.0～10.0% Zn，3.0～10.0% Cu，0.15～1.80% Ce，余量为Mg及不可避免的杂质≤0.15%。本发明在Mg-Zn-Cu系镁合金基础上添加Ce，细化晶粒组织，影响Zn、Cu在合金中的分布及第二相类型、形貌和含量。Zn在镁中的固溶度为6.2%，大于6.2%的Zn含量增加合金中(MgZn)第二相种类及含量，且Mg-Zn的共晶温度为341°C；Cu的加入提高Mg-Zn的共晶温度，固溶处理温度提高，Zn/Cu含量存在一个最佳的比值，使该共晶温度最高，这里选择Cu的上限值为10%；Ce在镁中的固溶度低，约为0.11%，随着Ce含量的增加，合金晶粒细化，但增加到一定程度，晶粒有粗化的趋势，因此选择1.80%作为Ce含量的上限。
本发明优选配方(质量百分比)：Zn 6.0%，Cu 10.0%，Ce 1.80% ，不可避免的杂质≤0.15%，余量为Mg。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
由于添加稀土元素Ce，改变了Mg-Zn-Cu系镁合金的结晶组织，提高合金的力学及铸造性能等。Ce在镁中的固溶度低，约为0.11%。在结晶过程中Ce在界面前方液相中富集，引起液相平衡凝固温度的降低，使液固界面前沿产生成分过冷，而形核率随过冷度增大而增加，因此晶粒细化。且生成的稀土化合物在晶界处聚集，抑制了晶粒的长大和晶界的滑移，也有利细化晶粒。微合金元素对Mg-Zn-Cu合金的结晶组织影响较大，Ce的加入改变Zn、Cu在合金中的分布及第二相类型、形貌和含量，从而影响合金的铸造和力学性能。
采用本方案制成的镁合金具有如下机械性能：室温抗拉强度不低于320MPa，屈服强度不低于260MPa，延伸率9-11%。同时，价格较低。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明作进一步说明。
实施例1～5的含量及配比(重量百分比)如表1所示。
表1 实施例合金含量及配比(质量百分比)
| 实施例 | Zn | Cu | Ce | 杂质 | Mg |
| 1 | 6 | 3 | 1 | ≤0.15 | 余量 |
| 2 | 6 | 6 | 1 | ≤0.15 | 余量 |
| 3 | 6 | 10 | 1.8 | ≤0.15 | 余量 |
| 4 | 10 | 6 | 1.8 | ≤0.15 | 余量 |
| 5 | 6 | 10 | 0.15 | ≤0.15 | 余量 |
本发明按照所述实施例的配比，采用感应炉铁模铸造法炼制即可。
实施例1～5的实效态性能如表2所示。
表2 实施例合金力学性能
| 实施例 | 室温抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 延伸率% |
| 1 | 320 | 260 | 11 |
| 2 | 363 | 294 | 9.8 |
| 3 | 372 | 296 | 10.1 |
| 4 | 367 | 296 | 9 |
| 5 | 354 | 286 | 10.5 |
表2中所有实施例合金室温抗拉强度大于320MPa，屈服强度大于260MPa，延伸率范围在9-11%。室温抗拉强度和屈服强度的下限值在实施例1中实现，该合金化学含量为：Zn 6.0%，Cu 3.0%，Ce 1%，杂质≤0.15，余量为Mg。随着Cu含量的增加，合金的强度增大；在Cu含量不变，Zn和Ce含量都同时增加时，合金的强度变化不大。不同Cu含量的加入对合金强度的影响较大。而Ce的加入改变Zn、Cu在合金中的分布及第二相类型、形貌和含量，从而影响合金的铸造和力学性能，但只有当Zn/Cu比值在一定的范围内，Ce才能起到应有的作用。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种含铈的镁-锌-铜镁合金，其特征在于：包含的化学成分及其重量百分比：Zn 6.0～10.0% ，Cu 3.0～10.0%，Ce 0.15～1.80% ，不可避免的杂质≤0.15%，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述含铈的镁-锌-铜镁合金，其特征在于：包含的化学成分及其重量百分比：Zn 6.0%，Cu 10.0%，Ce 1.80%，不可避免的杂质≤0.15%，余量为Mg。
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