高性能抗蠕變鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了由至少94.8％鎂、2.5?4.6％釹、0.05?0.40％釔和0.03?0.65％鋯和附帶雜質(zhì)組成的鎂基合金。任選地，所述合金還包含高達0.02wt％鈣。所述合金適用于高壓壓鑄(HPDC)以及沙模鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、雙輥鑄造或直冷鑄造。本文公開的合金在室溫下以及高溫下具有良好的可澆鑄性、高強度、高抗腐蝕性和高抗蠕變性。
【專利說明】高性能抗蠕變鎂合金發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及抗蠕變鎂基合金，其應(yīng)用在高溫下具有良好的可澆鑄性，特別適用于高壓壓鑄，但有益的是其也用于包括沙模鑄造(sand casting)、恪模鑄造(investmentcasting)、金屬型鑄造(permanent mold casting)和直冷鑄造(direct chill casting)或雙棍鑄乳(twin-roll casting)的工藝中。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂工業(yè)正經(jīng)歷迅速增長，部分是由于運輸工業(yè)的需求以改善燃料經(jīng)濟性和排放。此外，在鎂合金的消費者應(yīng)用，例如電動手持工具、草坪和花園設(shè)備、電子和光學設(shè)備等中已取得重量減輕方面的重大進步。為了顯著擴展上述應(yīng)用，需要新的先進的合金。
[0003]由于高壓壓鑄(HPDC)的生產(chǎn)能力和其對于大規(guī)模生產(chǎn)的適用性，高壓壓鑄是主要的鑄造形式。目前，最常用且最新的用于HPDC工藝的鎂合金是含Al的合金。不過，這些合金不能在高于150-170°C的溫度、60-100MPa高壓下使用。US 6，193,817描述了鎂基合金，其含有0.1-2.0重量％ Zn、2.1-5.0重量% RE元素(基于Ce的稀土金屬混合物)、最高達0.4重量%的選自下組的至少兩種元素的組合:Zr、Hf和Ti，以及任選地最高達0.5重量％的此和最高達0.5重量％的Ca。合金的高壓壓鑄得到了低的強度(TYS = 120MPa ,UTS= 165MPa)和伸長率(E = 2%) ο
[0004]EP 1866452 公開了鎂基合金，其含有 1.5-4.0%RE 元素、0.3-0.8%Ζη、0.02-0.1%Al、4-25ppm Be和任選最高達0.2%Zr、0.3%Mn、0.5%Y和0.1 %Ca。在壓鑄條件下，該合金顯示低的抗張強度(TYS = 130MPa ,UTS = I 60MPa)和伸長率(E = 1-3 % )。
[0005]WO 2009/086585涉及鎂基合金，其含有2-5%RE元素(主要是La和Ce，其中La含量高于Ce含量)和0.2-0.8%211。此外，所述合金含有任選的￥、6(1、2^111工&和86。這些合金也設(shè)計用于高壓壓鑄，但其顯示非常低的伸長率、TYS和UTS值。
[0006]SU 1，360，223公開了]\%基合金，其含有0.1-2.5%211、0.3-1.0%2廣0.8-4.5%恥、0.5-5.0%Y、0.8-4.5%Gd和0.01-0.05%Mn。這些合金用于沙模鑄造法且在完整T6處理后顯不最佳的性質(zhì)。
[0007]US 4，116，731描述了經(jīng)熱處理和老化的鎂基合金，其含有0.8-6.0重量％Y、0.5-4.0重量％Nd、0.l-2.2重量％Zn、0.3-l.l重量％Zr、最高達0.05重量％Cu和最高達0.2重量％111。由于上述專利要求了相對寬的濃度范圍，所述合金具有非常多變的性質(zhì)，此外，該合金僅設(shè)計用于沙模鑄造工藝。
[0008]EP 1329530公開了鎂基澆鑄合金，其含有0.2-0.8重量％Ζη、0.2-0.8重量％Zr、2.7-3.3重量％Nd、0.0-2.6重量％￥和0.03-0.25重量％Ca。該合金在重力澆鑄之后并在完整的T6熱處理之后以及擠出和鍛造之后具有高強度和高抗蠕變性。但是并不涉及HPDC。
[0009]CN 1752251 描述了鎂合金，其含有 0.35-0.8 重量 ％Zr、2.5-3.6 重量 ％Nd、0.0-0.4重量％ Zn、0.0-0.5重量% Ca和0.0-0.02重量%雜質(zhì)。通過兩步法制備該合金，所述兩步法包括制備中間母合金Mg-Nd、Mg-Ca和Mg-Zr的步驟，以及用Nd、Ca和Zr將所述母合金合金化的步驟。該技術(shù)的復雜性顯著增加了最終合金產(chǎn)品的成本。
[0010]EP 1641954 公開了抗蠕變合金，其含有 2.0-4.5%Nd、0.2-1.0%Zr、0.2%-7.0%HRE(原子數(shù)為62-71的重稀土元素)、任選的最高達0.4%的其它RE元素、最高達0.5%Y、最高達1.3 % Zn、最高達0.5 %Μη和最高達0.4 % Hf或Ti。該合金主要設(shè)計用于沙模鑄造，此外，由于使用了重稀土元素，例如1.0-1.6%含量的Gd，該合金是昂貴的。
[0011]US 2009/0081313涉及生物可降解的鎂合金，其含有1.5-5.0%Nd、0.1-4.0%Y、0.1-2.0% Ca和0.1 -1.0 % Zr。這些合金設(shè)計成用于通過擠出制備醫(yī)學植入物。高Ca含量使得在HPDC加工中增加了孔隙率、脆性和熱開裂。
[0012]WO 2010/038016涉及鎂合金，其含有2.0-4.0%Y、0.5-4.0%Nd、0.05-1.0%Zr、0.0-5.5%Gd、0.0-5.5%Dy、0-5.5%Er、0.0-0.2%Yb和0.0-0.04%Sm。此外，Gd、Dy和Er的總含量為0.3-12重量％。該合金專用于沙模鑄造，其也可以用作鍛造的合金。該合金不適用于HPDC工藝。此外，高含量的重稀土元素導致了這些合金的高成本。
[0013]WO 2011/117628描述了鎂合金，其含有0.0-10.0%Y、0.0-5.0%Nd、0.00-1.2%2『、0.0-0.3%6(1和0.0-0.2%5111，其中!10、1^、1'111和113的總含量為0.5-5.5%。該合金專用于制備醫(yī)用植入物。由于Y、Nd和重稀土元素Ho、Lu和Tm的非常寬的濃度范圍，該合金具有非常多變的性質(zhì)。所述合金不適用于HPDC加工，并且成本高昂。
[0014]因此，本發(fā)明的一個目的是提供適用于高壓壓鑄(HPDC)應(yīng)用的鎂合金。
[0015]本發(fā)明的另一個目的是提供鎂基合金，使其在HPDC應(yīng)用時無裂紋澆鑄。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提供具有優(yōu)異的強度和延展性組合，以及能在200°C溫度下長時間操作的鎂基合金。
[0017]本發(fā)明的另一目的是提供還適用于沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造的合金，其具有優(yōu)異的可澆鑄性、抗蠕變性和耐腐蝕性的組合。
[0018]本發(fā)明的另一目的是提供還適用于具有后續(xù)塑性成形操作，例如乳制、鍛造和擠出的直冷鑄造和雙輥鑄扎的合金。
[0019]本發(fā)明的另一目的是提供具有前述性能和性質(zhì)并具有可負擔的成本的合金。
[0020]如下所述將認識到本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明提供用于高壓壓鑄(Hroc)工藝的輕質(zhì)合金，其由至少94.8重量％鎂、2.5-4.6重量％釹、0.05-0.40重量％釔、0.03-0.65重量％鋯和附帶雜質(zhì)組成。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的合金還含有最高達0.02重量％的鈣。根據(jù)本發(fā)明的合金基本不包含原子數(shù)為61-70的重稀土 (HRE)元素。根據(jù)本發(fā)明的合金基本不包含鈰、鑭和鐠。根據(jù)本發(fā)明的合金基本不包含鋅。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的合金含有高于4.3重量％的量的Nd和Y。所述附帶雜質(zhì)通常包括含量最高達0.02重量％的31、Fe、Cu和Ni。根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)合金適用于在最高達200°C的高溫下持久的操作。所述根據(jù)本發(fā)明用于HPDC和其它應(yīng)用的合金具有優(yōu)異的可澆鑄性、高強度、高抗蠕變性、高耐腐蝕性，且由該合金制備的制品在高溫下顯示優(yōu)異的性能。根據(jù)本發(fā)明的合金可用于高壓壓鑄(HPDC)，但其也可用于選自下組的工藝:沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造。根據(jù)本發(fā)明的合金也可用于包括具有后續(xù)乳制的雙輥鑄乳或具有后續(xù)鍛造、擠出或乳制的直冷鑄造的工藝。
[0022]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，優(yōu)選將所述輕質(zhì)合金用于HPDC。在一個實施方式中，適用于HPDC的合金含有2.8-4.3重量％Nd、0.06-0.25重量％Y、0.05-0.4重量％Zr和0.0-0.02重量％Ca。在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，用于HPDC的合金具有在200°C下至少為153MPa的拉伸屈服強度(TYS)、在200°C下至少152MPa的壓縮屈服強度(CYS)、在200°C100MPa應(yīng)力下最小蠕變率不超過1.5x10—1Vs，以及腐蝕率不超過2.65mpy。當以表征抗氧化性、流動性和模具粘著的相對單位測量時，根據(jù)本發(fā)明的合金優(yōu)選具有至少96%的可澆鑄性。
[0023]本發(fā)明涉及合金澆鑄的制品，所述合金含有2.8-4.3重量％Nd、0.06-0.25重量％Y、0.05-0.4重量% Zr和0.0-0.02重量％ Ca，所述制品在Τ5處理后具有優(yōu)異的強度和延展性組合，所述Τ5處理包括在150-250°C下直接老化1-10小時。在一個實施方式中，所述制品在T5處理后具有優(yōu)異的強度和延展性組合，所述T5處理包括在175-225°C下直接老化1-6小時。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的合金還適用于沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造以及它們的低壓改良;在一個實施方式中，所述合金含有2.7-3.4重量％Nd、0.15-0.40重量％ Y、0.3-0.6重量％Zr和0.0-0.02重量％ Ca。本發(fā)明涉及所述合金澆鑄的制品，所述制品在完整Τ6熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述Τ6熱處理包括固熔體在520-560 °C熱處理1-16小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在200-270°C下老化1-16小時。在一個實施方式中，所述制品在完整T6熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述T6熱處理包括固熔體在535-545°C熱處理3-5小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在225-250°C下老化3-6小時。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的合金可優(yōu)選地用于鍛造、擠出和乳制;在一個實施方式中，所述合金含有2.8-3.8重量％恥、0.20-0.40重量％￥、0.35-0.60重量％21和0.0-0.02￥七重量％0&。本發(fā)明涉及以所述合金澆鑄的制品，所述制品在T5熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述T5熱處理包括在200-250°C老化1-16小時。
[0026]本發(fā)明提供設(shè)計用于在高達200-250°C的溫度下使用的抗蠕變的鎂基合金，所述合金具有良好的可澆鑄性和對于熱撕裂的低敏感性，所述合金是強的且是耐腐蝕的，并且具有優(yōu)異的延展性。
[0027]本發(fā)明提供一種用于制備在最高達200°C的高溫下長時間操作的輕質(zhì)合金的方法，所述方法包括以下步驟:1)將鎂與釹和鋯在765-785 °C在強烈攪拌下合金化;i i)將熔融物沉淀20-40分鐘以使鐵沉淀；i i i)加入釔，同時避免劇烈攪拌以防止Y-Fe金屬間化合物形成；iv)任選地，在沉淀前加入鈣;V)沉淀所述熔融的合金30-60分鐘;并且V)澆鑄成所需的形式；其中所述步驟在C02+0.5%HFC134a的保護性氣氛下進行直到固化;合金中鎂的含量至少為94.8重量％，釹的含量為2.5-4.6重量％，釔的含量為0.05-0.40重量%，鋯的含量為0.03-0.65重量％，鈣的含量為0.00-0.02重量％。這樣制備的輕質(zhì)合金特別適用于高壓壓鑄，但也可優(yōu)選地用于沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的合金含有高于94重量％鎂、2.5-4.6重量％釹、0.05-0.40重量％釔、
0.03-0.65重量%鋯、任選的最高達0.02重量%鈣和附帶的雜質(zhì)。所述合金通常含有最高達0.007重量％鐵、最高達0.001重量％鎳、最高達0.003重量％銅、最高達0.015重量％硅，以及最終其它附帶雜質(zhì)。本發(fā)明的合金具有高拉伸和壓縮屈服強度與高延展性的優(yōu)異組合。新型合金的巨大優(yōu)勢在于它們高的蠕變斷裂應(yīng)力、蠕變強度和低的最小蠕變率以及在GM9540循環(huán)腐蝕測試中測得的低的腐蝕率。因此，本發(fā)明的合金結(jié)合了優(yōu)異的性能性質(zhì)、良好的可澆鑄性和相對適中的成本。根據(jù)本發(fā)明的制品優(yōu)選經(jīng)過T5或T6的熱處理，這取決于前述澆鑄方法和塑性成形操作。
【附圖說明】
[0029]本發(fā)明的上述和其它特征與益處會更容易地通過以下實施例并參考附圖顯示，其中:
[0030]圖1是表1，顯示了根據(jù)本發(fā)明用于HPDC的合金(實施例1-7)和比較合金(比較例1-7)的化學組成；
[0031]圖2是表2，顯示了表I的合金的壓鑄評估結(jié)果；
[0032]圖3是表3，顯示了表I的合金的機械性能和腐蝕性能；
[0033]圖4是表4，顯示了表I的合金的蠕變性能；
[0034]圖5是表5，顯示了根據(jù)本發(fā)明用于沙模鑄造的合金(實施例8-14)和比較合金(比較例8-14)的化學組成。
[0035]圖6是表6，顯示了表5的合金的機械性能和腐蝕性能；
[0036]圖7是表7，顯示了鍛造后根據(jù)本發(fā)明的合金(實施例15-18)和比較合金(比較例15-18)的化學組成。
[0037]圖8是表8，顯示了表7的合金的機械性能；以及
[0038]圖9是顯示用于腐蝕評估的GM9540循環(huán)測試過程的示意圖。
[0039]發(fā)明詳述
[0040]發(fā)現(xiàn)在包含釹、鋯、釔和任選的鈣的鎂基合金中特定的元素組合使得所述合金具有優(yōu)異的性質(zhì)，特別是對于高壓壓鑄。這些性質(zhì)包括高拉伸和壓縮性質(zhì)與高延展性、突出的抗腐蝕性和蠕變性能的優(yōu)異組合，使得應(yīng)用溫度能最高達250°C。上述性質(zhì)的組合可在高壓壓鑄、沙模鑄造和直冷鑄造或雙輥鑄造中實現(xiàn)，隨后進行例如鍛造、擠出和乳制的塑性成形加工。
[0041]本發(fā)明的鎂基合金含有2.5-4.6重量％釹。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果Nd含量少于2.5重量％，所述合金在環(huán)境溫度和升高的溫度下的強度不足，在250-300°C溫度下它們的抗蠕變性不足;Nd含量高于4.6重量％時將由于過量的金屬間化合物(它們是裂紋發(fā)生和蔓延的來源)而導致低的延展性。根據(jù)本發(fā)明的合金含有0.05-0.40重量％釔。發(fā)現(xiàn)，釔的含量低于
0.05重量％使得所述合金易于出現(xiàn)氧化并導致增加的在700-780 °C的熔融金屬處理過程中對于燃燒的敏感性。另一方面，釔含量增加至高于0.40重量％導致較低的延展性，顯著降低的可澆鑄性，同時增加了所述合金的成本。在高壓壓鑄的情況中，鋯主要用于去除鐵。在重力鑄造(沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造)的情況中，其也用作晶粒精制劑(grainrefiner)。已發(fā)現(xiàn)，0.03重量％的冗!.足夠保證合金中低的鐵含量，同時需要至少0.3重量％的鋯用于晶粒精制。由于鋯在Mg-Nd-Y合金中的溶解度受限，鋯含量的上限為約0.65重M%。
[0042]本發(fā)明的合金基本不含有鋅；由于形成Zn-Y-Nd-Zr粗制金屬間化合物，鋅會降低抗蠕變性和腐蝕性能。此外，本發(fā)明的合金不含在固體鎂中具有低溶解度的稀土元素，例如Ce和La。由于粗制金屬間化合物形成，那些元素的存在導致機械性質(zhì)的降低，特別是延展性降低。本發(fā)明的合金中最高達0.02 %的摻和劑鈣可改善抗氧化性。Ca含量限制為0.02 %，因為較高的Ca含量導致微孔隙率和合金的脆性增加。
[0043]本發(fā)明的合金也可不含原子數(shù)高于60的重稀土元素，它們會增加所述合金的價格而不會顯著改善合金的性能。
[0044]令人驚訝的是，本發(fā)明的簡單合金適用于HPDC和其它應(yīng)用，同時具有優(yōu)異的澆鑄性能、尚強度、尚抗婦變性、尚抗腐蝕性，由所述合金制備的制品在尚溫下顯不優(yōu)異的性能。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的鎂合金與比較合金一起檢測。結(jié)果顯示，新型合金與比較合金相比具有更好的抗氧化性和流動性，以及具有更低的對于模具粘著的敏感性。在由根據(jù)本發(fā)明的合金制備的鑄錠表面上都沒有觀察到的燃燒或氧化。相反，比較合金的制備有時伴隨著顯著的氧化以及不希望的合金元素損失。當評估抗氧化性、流動性和合金澆鑄時的模具粘著時，根據(jù)本發(fā)明的合金在相對可澆鑄級別上達到96-100% (參見下述實施例)，相比之下，組成或多或少與本發(fā)明的組成不同的比較合金達到73%和83%。
[0046]隨后將新型合金和比較合金的部分鑄錠重新熔融并高壓壓鑄以制備用于測試和檢測的不同試樣。將其它鑄錠重新熔融、晶粒精制并沙模鑄造成用于測試的不同試樣。隨后測定拉伸屈服強度(TYS)、最終拉伸強度(UTS)、伸長百分數(shù)(％E)、壓縮強度(CYS)和不同蠕變性能，例如蠕變強度、蠕變破裂強度、和最小蠕變率。通過GM 9540循環(huán)測試評估腐蝕性能。根據(jù)本發(fā)明的合金在蠕變破裂強度、蠕變強度和抗腐蝕性上超過比較合金。與比較合金相比，所述合金還具有較好的強度和延展性的組合，所述延展性由伸長率值表征。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的合金非常適用于HPDC;發(fā)現(xiàn)其在150_250°C下持續(xù)1-10小時，優(yōu)選在175-225°C下持續(xù)1-6小時的直接T5老化后具有優(yōu)異的性質(zhì)。對于鍛造的合金，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的合金在200-250°C下直接老化1-16小時后獲得非常好的性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的合金在沙模鑄造時在完整T6熱處理后還提供了優(yōu)異的機械性能;特別是，在以下條件下得到良好的結(jié)果:當熱處理包括固熔體在520-560°C下熱處理1-16小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在200-270 °C下老化1-16小時，優(yōu)選地在固熔體在535-545°C下熱處理3-5小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在225-250°C下老化3-6小時后。
[0048]本發(fā)明將在以下實施例中進一步描述并說明。
實施例
[0049]本發(fā)明的合金在由低碳鋼制得的150I坩鍋中制備。CO2+0.5 %HFC134a的混合物用作保護性氣氛。使用的原材料如下:
[0050]鎂(Mg)—純鎂，級別9980A，含有至少99.8%鎂。
[0051 ] 釹(Nd) —市售純Nd(少于0.5%雜質(zhì))。
[0052]鋯(Zr)— Zr95 片劑，含有至少 95%Zr。
[0053]釔(Y) —市售純Y(少于I %雜質(zhì))。
[0054]鈣(Ca)—純Ca(少于0.1%雜質(zhì))。
[0055]與使用中間Mg-NcUMg-Ca和Mg-Zr母合金的CN1752251中所述的合金過程不同，本發(fā)明的合金用純Nd和純Ca制備，這顯著簡化了工藝，減少了工藝的持續(xù)時間并顯著降低了所述合金的成本。通常在770-780°C下在劇烈攪拌熔融物時加入釹和鋯。加入鋯后，將所述熔融物保持20-40分鐘以使鐵沉淀。鐵沉淀后加入釔，且不需要劇烈攪拌，以防止形成Y-Fe金屬間化合物，這導致過量的釔損失。在合金過程中提供嚴格的溫度控制以保證熔融溫度不會上升至超過785°C，從而防止來自坩鍋壁的鐵的過度污染，并保證該溫度不會降低至低于765°C，從而防止鋯的過度損失。在沉淀之前加入鈣。得到所需組成之后，將所述合金保持30-60分鐘以均質(zhì)化，以及鐵和非金屬夾雜物的沉淀，隨后將其澆鑄成15kg的鑄錠。在模具中的固化過程中通過C02+0.5%HFC134a混合物對熔融金屬氣體保護來進行澆鑄。用帶有345噸鎖模力的IDRA 0L-320冷卻室壓鑄機得到壓鑄試樣。
[0056]根據(jù)觀察到的流動性、抗氧化性和模具粘著或焊接評估可澆鑄性。澆鑄溫度為710°c。在相對級別上，以0-10點來評價每種性質(zhì)(流動性、抗氧化性、模具粘著)，點數(shù)越高越好(參見表2)。合金點數(shù)的總和除以30并乘以100，得到“可澆鑄性系數(shù)”，0-100%的相對評估值，其表征用于壓鑄的合金的整體適用性。根據(jù)本發(fā)明的合金具有96-100%的可澆鑄性系數(shù)，而比較實施例，即使僅略微與本發(fā)明的新型合金不同，其可澆鑄性因數(shù)為73-83%。
[0057]在大氣溫度和升高的溫度下用Instron 4483機進行拉伸和壓縮測試。測定拉伸屈服強度(TYS)、最終拉伸強度(UTS)、伸長百分數(shù)(％E)和壓縮屈服強度(CYS) dATEC ModelM-3機用于蠕變測試。蠕變測試在200°C和250°C下進行200小時或直到在變化的應(yīng)力下破裂。通過測量破裂強度和蠕變強度估計抗蠕變性。通常將蠕變強度定義為應(yīng)力，其需要在具體時間和溫度下產(chǎn)生一定量的蠕變。將蠕變強度稱為應(yīng)力是慣例，其在給定的溫度下100小時產(chǎn)生0.2 %蠕變應(yīng)變。設(shè)計工程師使用該參數(shù)來評估對于在持續(xù)的時間段內(nèi)材料對于有限的蠕變應(yīng)變的承載載荷能力。蠕變破裂應(yīng)力是導致試樣在選定的測試溫度下持續(xù)一定時間，通常為100小時而破裂的應(yīng)力。此外，在穩(wěn)定狀態(tài)(MCR)下的最小蠕變率用于評估蠕變性會K。
[0058]通過GM9540循環(huán)測試40天來評估腐蝕性能(圖9)。該測試方法包括三個主要階段，組合了濕-干轉(zhuǎn)變和輕電解質(zhì)溶液的短效噴灑。在該測試中，在所述循環(huán)過程中施加逐漸增加的溫度。使用尺寸為140 X 100 X3mm的壓鑄板。所述板在丙酮中除去油污并在測試前稱重。每種合金重復測試五次。測試結(jié)束時，在鉻酸溶液(180g CrO3每升溶液)中在80°C下約3分鐘內(nèi)脫除腐蝕的產(chǎn)物并測定重量損失。重量損失用于測定平均腐蝕率，以mpy(毫-英寸每年)計。
[0059]表1-4說明了根據(jù)本發(fā)明的用于HPDC的合金和比較合金的化學組成、可澆鑄參數(shù)和性質(zhì)。本發(fā)明的新型合金證明了明顯更好的可壓鑄性，其通過氧化趨勢、流動性和對模具粘著的敏感性(表2)來評估，并通過最小為96%的可澆鑄系數(shù)反映。從表3中可看到，在環(huán)境溫度和上升的溫度中新型合金在拉伸屈服強度(TYS)和壓縮屈服強度(CYS)上都比比較合金優(yōu)異。這對于UTS值也一樣。例如，根據(jù)本發(fā)明的新型合金在200 0C下TYS值為大于或等于150MPa，通常大于或等于153Mpa，而比較合金具有較低的值。此外，新型合金具有比比較合金好得多的強度與伸長率的組合。在GM9540循環(huán)測試條件下(圖9)測得的新型合金的抗腐蝕性也優(yōu)于比較合金的性質(zhì)；新型合金的腐蝕率小于2.9mpy，通常小于2.7mpy，例如2.65mpy或更小(表3)。此外，新型合金還在200-250 V的溫度下具有優(yōu)異的抗蠕變性，超越了比較實施例(表4)。用于HPDC的新型合金的蠕變破裂強度通常在200°C時大于或等于約200MPa，在250°C時大于或等于約105MPa。新型合金的MCR值在200°C和10MPa時小于或等于
1.5x10—1Vs，通常小于或等于1.0x10—1Vs;比較合金具有較高的值，即使只是在組成上與所述新型合金略微不同(表4)。
[0060]這些性質(zhì)以及對于熱撕裂具有低敏感性的優(yōu)異組合使得本發(fā)明的合金對于移動部件的高壓壓鑄而言是最理想的候選方案，所述高壓壓鑄在200-250°C的高溫下進行，其需要低的轉(zhuǎn)動慣量和相應(yīng)的低的震動。
[0061]表5-6證明了根據(jù)本發(fā)明用于沙模鑄造的合金和經(jīng)過完整T6熱處理的比較合金的化學組成和性質(zhì)。與比較例相比，本發(fā)明的合金具有優(yōu)異的TYS和伸長率的組合。新型合金的壓縮強度在環(huán)境溫度和升高的溫度下都較高。此外，本發(fā)明的合金的一大優(yōu)勢在于，其將優(yōu)異的機械性質(zhì)和超過比較合金抗腐蝕性的突出的抗腐蝕性結(jié)合。
[0062]表7-8說明了本發(fā)明的鍛造的合金的化學組成和機械性質(zhì)。將本發(fā)明的合金和比較合金直冷鑄造、均質(zhì)化、鍛造并T5熱處理。與比較合金相比，本發(fā)明的鍛造合金在環(huán)境溫度和200°C下都具有更高的TYS和UTS值。重要的是，根據(jù)本發(fā)明的合金還具有優(yōu)異的伸長率和明顯更高的壓縮屈服強度。
[0063]雖然以一些具體實施例描述了本發(fā)明，但許多改進和變化方式也是可行的。因此，應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，不需要具體的描述，即可以實施本發(fā)明。
【主權(quán)項】
1.一種用于高溫應(yīng)用的輕質(zhì)合金，其由以下物質(zhì)組成 i)至少94.8重量％鎂， ii)2.5-4.6重量 ％ 釹， iii)0.05-0.40重量 ％ 釔， iv)0.03-0.65重量 ％鋯，和 V)附帶的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的合金，其還包含最高達0.02重量％鈣。3.如權(quán)利要求1所述的合金，其基本不包含原子數(shù)為61-71的重稀土(HRE)元素。4.如權(quán)利要求1所述的合金，其基本不包含鈰、鑭和鐠。5.如權(quán)利要求1所述的合金，其基本不包含鋅。6.如權(quán)利要求1所述的合金，其中Nd和Y的總含量高于4.3重量%。7.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)合金，其用于在最高達200°C的溫度下持續(xù)操作。8.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金可用于選自下組的工藝:高壓壓鑄(HPDC)、沙模鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造。9.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金可用于包括具有后續(xù)乳制的雙輥鑄乳或具有后續(xù)鍛造、擠出或乳制的直冷鑄造的工藝。10.用于如權(quán)利要求8中所述高溫應(yīng)用的輕質(zhì)合金，所述合金可用于HPDC。11.如權(quán)利要求10所述的合金，其含有2.8-4.3重量％Nd、0.06-0.25重量％Y、0.05-0.4重量％ Zr和0.0-0.02重量％ Ca。12.如權(quán)利要求10所述的合金，當以表征抗氧化性、流動性和模具粘著的相對單位測量時，其具有至少96 %的可澆鑄性。13.如權(quán)利要求10所述的合金，其在200°C下具有至少153MPa的拉伸屈服強度(TYS)。14.如權(quán)利要求10所述的合金，其在200°C下具有至少152MPa的壓縮屈服強度(CYS)。15.如權(quán)利要求10所述的合金，其在200°C10MPa應(yīng)力下具有不大于1.5xl01()/s的最小蠕變率(MCR)。16.如權(quán)利要求10所述的合金，其在GM9540下具有不大于2.7mpy的腐蝕率。17.如權(quán)利要求10所述的合金澆鑄的制品，其在T5處理后具有優(yōu)異的強度和延展性組合，所述T5處理包括直接在150-250°C下老化1-10小時。18.如權(quán)利要求17所述的制品，其在T5處理后具有優(yōu)異的強度和延展性組合，所述T5處理包括直接在175-225°C下老化1-6小時。19.如權(quán)利要求8所述的合金，其適用于沙模鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造以及它們的低壓改良，所述合金含有2.7-3.4重量％Nd、0.15-0.40重量％Υ、0.3-0.6重量％Zr和0.0-0.02重量％Ca。20.如權(quán)利要求19所述的合金澆鑄的制品，其在完整T6熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述完整T6熱處理包括固熔體在520-560 °C熱處理1-16小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在200-270°C下老化1-16小時。21.如權(quán)利要求20所述的制品，其在完整T6熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述完整T6熱處理包括固熔體在535-545°C熱處理3-5小時，隨后在淬冷介質(zhì)中冷卻并隨后在225-250 °C下老化3-6小時。22.如權(quán)利要求9所述的合金，其適用于鍛造、擠出和乳制，所述合金含有2.8-3.8重量％則、0.20-0.40重量％￥、0.35-0.60重量％21和0.0-0.02重量％〇&。23.如權(quán)利要求22所述的合金澆鑄的制品，所述制品在T5熱處理后具有優(yōu)異的性能性質(zhì)組合，所述T5熱處理包括在200-250°C老化1-16小時。
【文檔編號】C22C23/06GK105934529SQ201480073926
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年7月17日
【發(fā)明人】B·布朗芬, N·納加, V·科托洛夫斯基, N·莫斯科維奇
【申請人】死海鎂金屬有限公司