技術領域
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術領域的鎂合金，具體是一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金及其鑄件的制造方法。
背景技術：
鎂合金具有低密度、高比強度的優(yōu)點，在航空航天、軍工和各大工業(yè)領域有廣泛的應用。鑄造鎂合金適用于液態(tài)成形，可用于制造復雜薄壁構件?，F有的國內外鑄造鎂合金中，可分為含鋁鑄造鎂合金和含鋯鑄造鎂合金。含鋁鑄造鎂合金具有原材料成本低的優(yōu)勢，主要有ZM5、ZM10、AZ91D等，為了追求一定的力學性能，含鋁鑄造鎂合金通常鋁含量較高，一般在8%以上，凝固區(qū)間寬，具有形成顯微縮松、反偏析的傾向，且鑄件的壁厚效應嚴重?，F有的含鋯鑄造鎂合金，以強化元素來看，以Mg-Zn-Zr系和Mg-RE（稀土）-Zr系為主。Mg-Zn-Zr系鑄造鎂合金的鑄件壁厚效應有顯著改善，如ZM1、ZM7等，但其凝固區(qū)間比含鋁鑄造鎂合金的更寬，因此其顯微縮松傾向更為顯著；Mg-RE（稀土）-Zr系鑄造鎂合金的凝固區(qū)間相對較窄，在顯微縮松傾向和壁厚效應方面改善較為明顯，如ZM6、WE54A、WE43A等。
縱觀現有的鑄造鎂合金，均有一個共同的特點：為了提高鑄件最終的力學性能，鑄態(tài)下均含有較多的共晶凝固相。這種共晶凝固相的存在使鑄件制造過程存在以下問題：一方面，共晶凝固相的存在損害合金鑄態(tài)下的延伸率，因此現有的鎂合金鑄件容易發(fā)生開裂；另一方面，較多的共晶凝固相的存在導致必須采用較高的固溶處理溫度，使鑄件容易發(fā)生熱處理變形。因此，通過合金成分設計，開發(fā)一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，確保材料鑄造成形工藝性優(yōu)秀，且鑄件的力學性能達到現有常規(guī)鎂合金鑄件的水平，對拓展鑄造鎂合金應用領域，尤其是制造大型復雜薄壁構件，有著極為重要的意義。
目前沒有發(fā)現同本發(fā)明類似技術的說明或報道，也尚未搜索到國內外類似的資料。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供近無共晶凝固相的鑄造鎂合金及其鑄件的制造方法；所述鑄造鎂合金通過控制主要合金元素的含量在較低的水平，使合金在鑄態(tài)下即形成基本不含共晶凝固相的組織，且凝固區(qū)間窄，顯微縮松傾向低，鑄件固溶處理溫度低；同時調配Y、Gd、Nd等主要稀土元素的比例，使合金仍然具備時效強化能力。在制造高性能大型復雜薄壁構件方面，有顯著的優(yōu)勢。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：
本發(fā)明提供近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包含組分及重量百分比為：Y 2.0～3.0%，Gd 1.4～2.0%，Nd 0.6～1.0%，Zr 0.4～1.0%，Mg為余量。
本發(fā)明的另一技術方案在于：提供一種所述高性能耐熱鑄造鎂合金的砂型鑄件的鑄造方法，所述鑄造方法具體包括如下步驟：
預處理：按重量百分比稱取原材料，預熱；
熔煉澆注：將預處理后的原材料熔煉，均勻混合；經覆蓋、精煉處理后澆注，得鑄件；
熱處理：對所述鑄件在一定溫度下保溫一定時間，冷卻，得到固溶態(tài)鑄件，對所述固溶態(tài)鑄件進行時效處理、冷卻，得到鑄件毛坯。
優(yōu)選地，預處理的步驟中，所述預熱的溫度為200℃，時間為8小時。
優(yōu)選地，熔煉澆注的步驟中，所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF，所述精煉采用的精煉劑為RJ6，所述澆注的溫度為700℃～720℃。
優(yōu)選地，熱處理的步驟中，所述固溶處理的條件為400～440℃下10～12小時；所述時效處理的條件為150～180℃下40～100小時；所述冷卻具體是指在空氣中自然冷卻。
與現有技術相比，采用本發(fā)明近無共晶凝固相的鑄造鎂合金制造的鑄件，在具備與常規(guī)鎂合金鑄件相當的力學性能的同時，凝固區(qū)間窄，基本不含共晶凝固相，鑄造成形、熱處理工藝性相對目前的鑄造鎂合金有大幅度改善，特別適合制造域高性能大型復雜薄壁鑄件。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例列舉的合金成分。
實施例1
熔煉澆注制備質量百分比為Mg-2.0%Y-1.4%Gd-0.6%Nd-0.4%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：
預處理步驟：按質量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預熱，保溫時間8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在720℃進行澆注。
熱處理步驟：在400℃對鑄件進行固溶處理，處理時間為10小時，空冷；在150℃進行時效處理，處理時間為100小時，空冷，得到鑄件毛坯。
本實施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達到：室溫下σb≥180MPa，δ5≥6%。
實施例2
熔煉澆注制備質量百分比為Mg-2.5%Y-1.7%Gd-0.8%Nd-0.7%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：
預處理步驟：按質量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預熱，保溫時間8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在710℃進行澆注。
熱處理步驟：在420℃對鑄件進行固溶處理，處理時間為11小時，空冷；在165℃進行時效處理，處理時間為70小時，空冷，得到鑄件毛坯。
本實施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達到：室溫下σb≥220MPa，δ5≥4%。
實施例3
熔煉澆注制備質量百分比為Mg-3.0%Y-2.0%Gd-1.0%Nd-1.0%Zr的近無共晶凝固相的鑄造鎂合金，包括以下步驟：
預處理步驟：按質量百分比稱取純鎂、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金。所有原材料在200℃預熱，保溫時間8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合、去除夾雜物，在700℃進行澆注。
熱處理步驟：在440℃對鑄件進行固溶處理，處理時間為12小時，空冷；在180℃進行時效處理，處理時間為40小時，空冷，得到鑄件毛坯。
本實施例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備良好的鑄造成形、熱處理工藝性，且制造的鑄件力學性能良好，鑄件本體取樣性能可穩(wěn)定達到：室溫下σb≥240MPa，δ5≥3%。
對比例1
本對比例是實施例1的對比例，本實施例涉及一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金；與實施例1不同之處在于所述鑄造鎂合金主要合金元素的質量百分比為Mg-1.0%Y-0.5%Gd-0.5%Nd-0.4%Zr；
本對例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形、熱處理工藝性，但制造的鑄件力學性能過低，鑄件本體取樣性能穩(wěn)定達到：室溫下σb≥130MPa，δ5≥6%。
對比例2
本對比例是實施例2的對比例，本實施例涉及一種近無共晶凝固相的鑄造鎂合金；與實施例2不同之處僅在于所述鑄造鎂合金鑄件時效熱處理的條件為250℃下10小時；
本對例近無共晶凝固相的鑄造鎂合金具備優(yōu)秀的鑄造成形工藝性，但制造的鑄件力學性能過低，鑄件本體取樣性能穩(wěn)定達到：室溫下σb≥150MPa，δ5≥4%。
對比例3
本對比例是實施例3的對比例，本實施例涉及一種鑄造鎂合金；與實施例3不同之處在于所述鑄造鎂合金主要合金元素Y、Gd、Nd的元素含量較高，各元素質量百分比為Mg-5.0%Y-3.0%Gd-2.0%Nd-1.0%Zr。
本對比例鑄造鎂合金的凝固區(qū)間較寬，鑄態(tài)凝固組織存在較多共晶相，因此鑄造成形工藝性一般，不易成形大型復雜薄壁件。為了達到優(yōu)化的力學性能，其鑄件的熱處理工藝為：在525℃對鑄件進行固溶處理，處理時間為12小時，空冷；在250℃進行時效處理，處理時間為10小時，空冷。因此，其鑄件在固溶熱處理過程中發(fā)生變形的風險較大。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。