一种超高强度高韧性镁合金材料及其制备方法技术

一种超高强度高韧性镁合金材料及其制备方法。该合金成分为Gd?7wt％～10wt％，Y?3.5wt％～5.8Wt％，Zn?1.7wt％～3.5wt％，Zr?0.3wt％～1wt％，其余为Mg；该镁合金材料是采用喷射成形方法制备的。按上述的合金成分和重量百分比进行配料，配制合金预制锭；将合金预制锭熔化后，通过雾化喷嘴进行雾化；在气雾化的同时，接收盘下拉，接收盘在下拉坯锭的同时在变频电机的牵引下高速旋转，即采用斜喷直拉法制成合金锭；将合金锭经过变形加工，加工成所需的部件毛坯；将该部件毛坯进行热处理，加工成最终部件。该材料合金成分准确，显微组织均匀细小，无明显缺陷和宏观偏析；具有良好的热变形加工能力；极限抗拉强度可达到550MPa以上，同时保持较高的塑性；具有较好的断裂韧性，提高了部件的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】。该合金成分为Gd?7wt％～10wt％，Y?3.5wt％～5.8Wt％，Zn?1.7wt％～3.5wt％，Zr?0.3wt％～1wt％，其余为Mg；该镁合金材料是采用喷射成形方法制备的。按上述的合金成分和重量百分比进行配料，配制合金预制锭；将合金预制锭熔化后，通过雾化喷嘴进行雾化；在气雾化的同时，接收盘下拉，接收盘在下拉坯锭的同时在变频电机的牵引下高速旋转，即采用斜喷直拉法制成合金锭；将合金锭经过变形加工，加工成所需的部件毛坯；将该部件毛坯进行热处理，加工成最终部件。该材料合金成分准确，显微组织均匀细小，无明显缺陷和宏观偏析；具有良好的热变形加工能力；极限抗拉强度可达到550MPa以上，同时保持较高的塑性；具有较好的断裂韧性，提高了部件的安全性。【专利说明】
本涉专利技术及一种镁合金材料，特别是强度在50(T600MPa的高强高韧镁合金材料及其制备方法。
技术介绍
现代航空、航天、船舶、交通、军事工业和高技术产业的不断发展，对具有高性能或优异综合性能的先进材料需求不断增加，这种趋势促使人们致力于新型高性能镁合金研究开发和用更先进的制备技术提高传统镁合金系(如Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE系等)的综合性能以满足结构材料的使用要求。从抑制高合金化材料在凝固过程中容易产生的各种合金元素偏析、控制合金质量的角度来讲，传统铸锭冶金技术已经无能为力，采用快速凝固技术已成为必然的选择。到目前为止，世界上已经发展了多种快速凝固技术，其中快速凝固-喷射成形是最具代表性和应用最为广泛的实用化技术之一——该技术近年来被广泛用于研究和开发多种高性能的快速凝固材料。该工艺可使制备的合金材料获得103K/S以上的冷却速度，显著地细化了合金的组织，大幅度地提高了合金的性能；与快凝粉末冶金工艺相比，合金的氧化程度明显减轻，生产工序得到简化。在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法”专利申请并授予专利权(专利号为03119605.5)。在该专利中，详细记载了关于喷射成形方法和所使用的设备的问题。喷射成形方法为:(I)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以I~5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5~1.0MPa ；(3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有:感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成形技术是一个很成熟的技术。这是采用喷射成形方法制备铝合金材料的公开专利。虽然镁合金材料的气雾化沉积过程与其他材料(铝合金、高温合金等)的气雾化沉积过程基本相同，但镁合金在熔炼及雾化过程中粘滞性强、易燃烧和氧化等方面的特性对熔炼系统、熔体导流系统、雾化系统及其相应的制备控制体系提出了更高的要求，必须有针对性地加以重新设计和精心控制，才能实现气雾化沉积过程的优化稳定控制，获得高性能组织性能优异的喷射成形合金制品。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种极限抗拉强度在50(T600MPa的超高强度高韧性镁合金材料，该新型合金比传统高强高韧镁合金(即一般指用传统铸造工艺制备的高强高韧镁合金)强度提高35%以上、断裂韧性提高20%以上，从而延长设备的使用寿命、节约合金原料、降低生产成本，以解决现有技术中存在的技术问题。本专利技术的另一目的是提供一种适用于制造极限抗拉强度在50(T600MPa的超高强度高韧性镁合金材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:本专利技术的极限抗拉强度在50(T600MPa的超高强度高韧性镁合金材料按重量百分比计，合金成分为 Gd 7fft% ~IOwt %，Y 3.5fft% ~5.8fft%, Zn 1.7fft% ~3.5wt%, Zr0.3~lwt%,其余为Mg。该材料显微组织均匀，晶粒细小，无明显的微观和宏观偏析现象发生。通过适当热处理，材料的主要力学性能达到:σ b = 550~600Mpa, σ α2 = 520~550MPa, δ 5 = 8 ~10%。本专利技术的超高强度高韧性镁合金材料按重量百分比计: Gd 优选 7Wt%~10Wt%，进一步优选 8Wt%~9Wt%，更优选是 8.lWt%~8.3fft% ；Y 优选 3.5Wt%~5.8fft%,进一步优选 4Wt%~5.2fft%,更优选是 4.6Wt%~4.9fft% ；Zn 优选 L 7fft%"3.5fft%,进一步优选 1.9fft%"2.8fft%,更优选是 2.lfft%"2.3fft% ；Zr 优选 0.3Wt%~lWt%，进一步优选 0.4Wt%~0.8fft%,更优选是 0.45Wt%~0.65Wt%。本专利技术的镁合金材料是通过采用喷射成形制备、热变形加工和热处理而制成的。 本专利技术的镁合金材料的超高强度:其镁合金材料的极限抗拉强度可达到50(T600MPa ;本专利技术的镁合金材料的高韧性:其延伸率为8%~10% ;本专利技术的镁合金材料的断裂韧性:其断裂韧性比传统的高强高韧镁合金的断裂韧性提高20%以上。本专利技术的一种适用于制造极限抗拉强度50(T600MPa的超高强度高韧性镁合金材料的制备方法，该方法包括下述步骤:(I)按合金成分，按重量百分比计，该合金成分为Gd 7~IOwt Y 3.5~5.8wt%, Zn 1.7~3.5wt%, Zr 0.3~Iwt其余为Mg,进行配料,配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用高纯惰性气体通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以7~15Hz的频率高速扫描，雾化压力为0.5~1.0Mpa，并使导流嘴轴线与接收盘平面成30~35°的角度；(3)在气雾化的同时,接收盘以2(T35mm/min的速度下拉,接收盘在下拉还锭的同时在变频电机的牵引下高速旋转，转速为60-120转/min，即采用斜喷直拉法制成合金锭；(4)将合金锭经过变形加工，加工成所需的部件毛坯；(5)将该部件进行热处理，然后加工到部件最终尺寸，即得到超高强度高韧性镁合金材料。本专利技术所采用的Gd、Y、Zn、Zr分别是选取Gd-Y混合稀土、工业纯Zn、Mg-Zr中间I=1-Wl O本专利技术所使用的高纯惰性气体为纯度99.999%的惰性气体。优选地，所述的高纯惰性气体为氩气或氦气。其中，高纯惰性气体、高纯氩气或高纯氦气中的所说的高纯的纯度均为99.999%。优选地，所述步骤(2)中，所述的将合金预制锭熔化过程是在覆盖剂保护下感应加热至700~780°C将合金锭熔化。优选地，所述步骤(2)中，所述的将合金预制锭熔化过程是将合金预制锭在感应加热熔炼炉中熔化，感应加热熔炼炉的温度控制为700~780°C，再经感应加热或电阻加热的中间包加热，感应加热或电阻加热的中间包的温度控制为700~750°C ;所述雾化的过程是将熔化后的熔体通过与非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管，导流管为感应加热或电阻加热，导流管的温度控制为700~750°C。优选地，所述步骤(4)中，所述的将圆锭扒皮的过程是采用机加工扒皮，制备成一定规格的棒坯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度高韧性镁合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Gd?7wt％～10wt％，Y?3.5wt％～5.8Wt％，Zn?1.7wt％～3.5wt％，Zr0.3wt％～1wt％，其余为Mg；该镁合金材料是采用喷射成形方法制备的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红伟，朱宝宏，王锋，李锡武，李志辉，张永安，熊柏青，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：