一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法，属于金属结构材料领域。该高强度稀土‑镁合金材料成分配比如下：Mn：0.5‑2.0wt.％；Nd：4.0‑9.0wt.％；Ni：2.0‑4.0wt.％，其余为Mg，不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt.％。该合金是通过铸造+匀质化处理+热挤压+时效处理制备而成。本发明专利技术通过向镁合金中加入特定百分含量的合金化元素，采用一定的制备工艺在镁合金中形成了一种新型的Mg12Nd1Ni1相，该相具有极高的高温稳定性，在250℃高温下仍能长期稳定的存在，在高温下对合金仍然起强化作用，能显著提高合金的强度和高温稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法
本专利技术属于金属结构材料领域，具体涉及一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着汽车制造、航空航天、武器装备以及电子3C等领域的迅猛发展，我国对高性能结构减重材料的需求更加紧迫。作为最轻的金属结构材料(密度1.4-1.6g/cm-3)，镁合金凭借着高的比强度、比刚度以及良好的电磁屏蔽性能在上述领域中展现了巨大的优势和潜力。与铝合金相比，镁合金的应用还有很大差距，其原因之一是缺乏足够的高温性能，大大限制了工业应用。目前限制镁合金在高温条件下服役的主要障碍有镁合金的高温强度低和抗蠕变性能差，如应用在汽车和飞行器引擎和发动机上，需要其良好的高温力学性能和抗蠕变性能。随着我国军事工业的发展和人民对产品性能要求的提高，迫切需要提高镁合金的高温蠕变性能，以扩大镁合金的应用领域。所以，开展镁合金的高温蠕变性能的理论和实际研究研究已经十分紧迫。镁合金的位错蠕变机制来源于晶内的位错运动和晶界滑动。应变硬化能够降低蠕变性能，但同时它能够抵消蠕变过程中合金的回复。而合金元素在回复过程中降低了固溶速度。溶质原子的增加会对位错的运动产生阻碍。并且，溶质原子容易产生偏析，能够对位错产生钉扎的作用。另外，高温稳定性能良好的第二相组织会有效的阻碍晶界的滑移。溶质原子在0.5Tm温度以上时扩散是比较快的，所以在高温下固溶强化对蠕变的意义不大。沉淀强化对合金的抗高温蠕变性能是有很有帮助的。在温度升高和加载之前，合金中就已经存在沉淀相，或者在蠕变过程中出现沉淀相的析出，粗化。有效的阻碍晶界的滑移和位错的攀移。沉淀强化能够大幅度的降低稳态蠕变速率。目前广泛应用的AZ、AM系列压铸镁合金长期使用温度不能超过120℃，使其无法用于制造对高温蠕变性能要求高的汽车传动部件。因此，开发出一种高强耐热的镁合金材料，特别是耐高温蠕变的镁合金材料对镁合金的实际应用具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法，通过向镁合金中加入特定百分含量的合金化元素，采用一定的制备工艺在镁合金中形成了一种新型的Mg12Nd1Ni1相，该相能显著提高合金的强度，具有极高的高温稳定性。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，包含Nd元素、Ni元素、Mg元素和Mn元素，其中，Mn元素的含量为0.5-2.0wt％。Mn元素的添加可以促进合金中Mg12Nd1Ni1相的生成，提高合金的力学性能以及耐高温蠕变性能。作为优选，镁合金材料包含如下重量百分比的成分：Mn：0.5-2.0wt％，稀土元素：4.0-9.0wt％，Ni：2.0-4.0wt％，其余为Mg，不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt％。进一步优选，稀土-镁合金材料中Nd元素和Ni元素的重量比为1-1.9:1。作为优选，镁合金材料在室温下的屈服强度为265-290MPa，抗拉强度为325-360MPa，延伸率6.0％-10.0％。作为优选，镁合金材料在250℃高温下的屈服强度为230-275MPa，抗拉强度为255-300MPa，延伸率12.0％-16.0％。作为优选，镁合金材料的高温蠕变性能为在250℃/70MPa下的持久寿命＞100h，百小时延伸率为0.09-0.32％。最小蠕变速率为0.56-5.68×10-9s-1。一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料的制备方法，包括，将预热后的金属原料熔融铸造得铸态镁合金；将所得到的铸态镁合金匀质化处理；将匀质化处理后的镁合金进行热挤压；将热挤压处理后的镁合金进行时效处理，即可。作为优选，匀质化处理温度为220-250℃，保温时间为8-10h。铸态镁合金冷凝后的组织处于不同程度的非平衡状态，主要存在晶内偏析，影响镁合金的性能，进行均匀化处理时，合金中的元素进行固态扩散，可以消除或减轻镁合金的缺陷，以使合金的化学成分和组织均匀化，从而改善镁合金的性能。作为优选，热挤压的挤压温度为250-300℃，挤压速率1.0-1.5m/min，挤压比为20-25％。在热挤压过程中，可以改善铸造过程中产生的组织缺陷(如缩松、缩孔、气孔等)，增加合金的致密度，消除部分在铸造过程中产生的偏析，同时根据particlestimulatednucleation原理，Mg12Nd1Ni1相在热挤压过程中能够促进合金中细小的动态再结晶晶粒的生成，进一步提高了该镁合金材料的强度和塑性。作为优选，时效处理温度为210-220℃，保温时间为16-20h。时效可以将稀土元素从镁基体中析出，达到析出强化的目的。本专利技术通过向镁合金中加入特定百分含量的合金化元素(Mn：0.5-2.0wt.％；Nd：4.0-9.0wt.％；Ni：2.0-4.0wt.％)，采用一定的制备工艺(铸造+匀质化处理+热挤压+时效处理)在镁合金中形成了一种新型的Mg12Nd1Ni1相，该相能够显著提高合金的强度。另外，这种新型的强化相不同于以往镁合金中的强化相(如Mg-Al系合金中的Mg17Al12相、AE系合金Al11RE3相等)，具有极高的高温稳定性(在250℃高温下仍能长期稳定的存在，在高温下对合金仍然起强化作用)。本专利技术向镁合金中加入了0.5-2.0wt.％的Mn元素，Mn元素的添加可以促进合金中Mg12Nd1Ni1相的生成，提高合金的力学性能以及耐高温蠕变性能。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术镁合金材料成分配比及制备方法能在镁合金中形成了一种新型的强化相，即：Mg12Nd1Ni1相，具有极高的高温稳定性，在250℃高温下仍能长期稳定的存在且对合金仍然起强化作用，提高合金的力学性能以及耐高温蠕变性能。2)本专利技术向镁合金中加入了0.5-2.0wt.％的Mn元素，Mn元素的添加可以促进合金中Mg12Nd1Ni1相的生成，提高合金的力学性能以及耐高温蠕变性能。3)本专利技术镁合金材料中Mn元素可与镁合金中铁或其他重金属元素形成化合物，使其作为熔渣被排除，从而消除铁或其他重金属元素对镁合金耐蚀性的有害影响，有效地提高合金的铸造性能以及耐腐蚀性能。本专利技术采用了上述技术方案提供一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料及其制备方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。附图说明图1为本专利技术实施例1的挤压态Mg-1.0Mn-3.2Ni-6.0Nd合金的显微组织图。具体实施方式本文中所用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“含有”或其任何其他变体意在涵盖非排它性的包括。例如，包含一系列要素的组合物、工艺、方法、制品或设备并不一定只限于那些要素，而是还可以包含这些组合物、工艺、方法、制品或设备所未明确列举的要素或所固有的其他要素。术语“包含”旨在包括术语“基本上由...组成”和“由...组成”所涵盖的实施方案。类似地，术语“基本上由...组成”旨在包括术语“由...组成”所涵盖的实施方案。当以范围、优选范围或一系列上限优选值和下限优选值给出数量、浓度或其他数值或参数时，应理解其具体公开了由任何较大的范围限值或优选值和任何较小的范围限值或优选值的任何一对数值所形成的所有范围，而无论这些范围是否分别被公开。例如，当描述“1至5”的范围时，所描述的范围应解释为包括“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，包含Nd元素、Ni元素、Mg元素和Mn元素，其特征在于：所述Mn元素的含量为0.5‑2.0wt％。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，包含Nd元素、Ni元素、Mg元素和Mn元素，其特征在于：所述Mn元素的含量为0.5-2.0wt％。2.根据权利要求1所述的一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，其特征在于：所述镁合金材料包含如下重量百分比的成分：Mn：0.5-2.0wt％，稀土元素：4.0-9.0wt％，Ni：2.0-4.0wt％，其余为Mg，不可避免的加入其它杂质含量≤0.03wt％。3.根据权利要求2所述的一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，其特征在于：所述稀土-镁合金材料中Nd元素和Ni元素的重量比为1-1.9:1。4.根据权利要求1或2或3所述的一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，其特征在于：所述镁合金材料在室温下的屈服强度为265-290MPa，抗拉强度为325-360MPa，延伸率6.0％-10.0％。5.根据权利要求1或2或3所述的一种耐高温蠕变的高性能镁合金材料，其特征在于：所述镁合金材料在250℃高温下的屈服强度为230-275MPa，抗拉强度为255-300MPa，延伸率12.0％-16.0％。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷哲，石学智，陈立桥，周英棠，龙运前，胡金飞，张挥球，蔡璐，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33