一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法。所述镁合金原子百分比成分为：Mg‑0.91~1.36Gd‑0.87~1.29Y‑0.06~0.14Zr，将镁合金半连续铸造锭坯进行均匀化处理后挤压成棒材，将挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为50~200℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~50%，控制进料速度为2~4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，制得直径3~30mm、长1000~2000mm，晶粒尺寸30nm~2μm的纳米异构镁合金，结合后续热处理合金室温抗拉强度≥560MPa，屈服强度≥480MPa，断后伸长率≥6%。

Preparation method of nano magnesium alloy with ultra-high strength and low Re content

The invention relates to a preparation method of nanometer magnesium alloy with ultra-high strength and low Re content. The atomic percentage composition of the magnesium alloy is: Mg_0.91~1.36Gd_0.87~1.29Y_0.06~0.14Zr. The semi-continuous casting ingot of magnesium alloy is homogenized and extruded into bars. The extruded bars are deformed by rotary forging. The temperature of rotary forging is controlled to be 50~200 (?) C, the pass deformation is controlled to be 10~20%, and the total deformation is controlled to be 5~50%. Nano-isomeric magnesium alloys with diameters of 3-30mm, lengths of 1000-2000mm and grain sizes of 30nm-2um were prepared by changing the feeding direction after every two passes of deformation. Combined with subsequent heat treatment, the room temperature tensile strength of the alloys was over 560MPa, the yield strength was over 480MPa, and the elongation after fracture was over 6%.

【技术实现步骤摘要】
一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法
本专利技术属于超高强镁合金制备领域，特别涉及一种超高强纳米异构镁合金制备方法。
技术介绍
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼等优点，作为新一代轻质结构材料，其优异的减重特性对航空航天、交通运输等领域具有重要意义。然而现有镁合金力学性能偏低，难以满足航空航天等领域对于高性能材料的需求，因而提高镁合金强度、制备高强甚至超高强镁合金是镁合金研究领域的重要目标。纳米异构金属材料是近年来发展起来的金属材料有效的强化方法，可显著提高金属材料强度和韧性，探索制备纳米异构镁合金新技术对超高镁合金材料制备有重要意义。
技术实现思路
本专利技术在于提供一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法。所述镁合金原子百分比成分为：Mg-0.91~1.36Gd-0.87~1.29Y-0.06~0.14Zr，先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将镁合金锭坯进行均匀化热处理后挤压成棒材，然后对挤压棒材进行旋锻变形。采用此方法制得的纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，结合后续热处理合金室温抗拉强度≥560MPa，屈服强度≥480MPa，断后伸长率≥6%。本专利技术超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法，包括以下具体步骤：a．采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯；b．将镁合金锭坯进行均匀化热处理，将均匀化处理后的坯料进行挤压变形；c．对挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为50~200℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~50%，控制进料速度为2~4mm/min，每2道次变形后改变进料方向；d．将所制得纳米异构镁合金进行时效热处理。所述的旋锻变形，控制旋锻温度为100~200℃。所述的旋锻变形，控制旋锻总变形量为10~50%。所述的旋锻变形，控制进料速度为2~3mm/min。本专利技术的优点有：1)将挤压棒材进行旋锻变形。首先，旋锻变形可实现高的静水压应力，降低镁合金的开裂倾向，提高可实现的总变形量；其次，旋锻变形可实现高的应变速率，高应变速率可提高镁合金开裂前可累积的位错密度、高密度位错诱发镁合金内部形成纳米量级亚结构、进而形成纳米晶；再次，旋锻变形可在沿棒材直径不同部位形成不同应力场，激发不同的变形机制，形成连续变化的组织，制得纳米异构镁合金。2)通过控制旋锻温度获得纳米异构组织。旋锻变形温度过高，合金流动性强，变形更容易深入，变形过程中发生再结晶而形成晶粒粗大的均匀变形组织。温度较低时，晶粒不易长大，形成纳米晶，同时低温下合金流动性不强，易形成异构组织。但是温度过低，旋锻变形的高应变速率以及变形的不均匀，易导致合金棒材心部内应力剧增，诱发开裂。通过大量试验探索表明，在50~200℃旋锻变形，高应变速率诱发局部形成晶粒尺寸约为30~100nm纳米晶，同时变形的不均匀使合金内部保存大量晶粒尺寸约为100nm~2μm的超细晶。3)控制旋锻总变形量也是获得纳米异构组织的重要保障。变形量过低时，仅可在局部形成超细晶组织，难以形成纳米晶，而变形量过高则容易导致合金开裂。大量试验探索表明，旋锻总变形量在5~50%时，才可获得纳米异构组织。4)采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，可减少夹杂、气孔、疏松、中心裂纹等缺陷。控制缺陷数量可降低其在后续变形过程中的开裂倾向、提高镁合金在旋锻变形过程中的成形性、提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米镁合金成品晶粒尺寸。采用挤压方法制备旋锻坯料，可进一步降低合金缺陷数量、减小缺陷尺寸，提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米异构镁合金成品晶粒尺寸。具体实施方式实施例1a．所述镁合金原子百分比成分为：Mg-1.36Gd-1.03Y-0.13Zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在100℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%，总变形量为35％，控制进料速度为3mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm、成品尺寸为直径20mm、长2000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例2a．所述镁合金原子百分比成分为：Mg-1.36Gd-1.03Y-0.13Zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在100℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、10%、10%，总变形量为31％，控制进料速度为3mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长2000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例3a．所述镁合金原子百分比成分为：Mg-1.36Gd-1.03Y-0.13Zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在200℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%，总变形量为39％，控制进料速度为2mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为70nm~1μm、成品尺寸为直径14mm、长1000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例4a．所述镁合金原子百分比成分为：Mg-1.09Gd-0.69Y-0.14Zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在200℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%、15%，总变形量为48％，控制进料速度为2mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长1500mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例5a．所述镁合金原子百分比成分为：Mg-1.09Gd-0.69Y-0.14Zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在100℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%、10%，总变形量为41％，控制进料速度为2mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为80nm~2μm、成品尺寸为直径22mm、长1500mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。表1纳米异构镁合金室温抗拉力学性能编号抗拉强度/MPa屈服强度/MPa断后伸长率/%实施例15855107实施例25715126实施例35875306实施例45695136实施例55804888本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法，镁合金原子百分比成分为Mg‑0.91~1.36Gd‑0.87~1.29Y‑0.06~0.14Zr，其特征在于包括以下过程：先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将锭坯均匀化处理后挤压成棒材，对挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为50~200℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~50%，控制进料速度为2~4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，将所得纳米异构镁合金进行时效处理，合金室温抗拉强度≥560MPa，屈服强度≥480MPa，断后伸长率≥6%。

【技术特征摘要】
1.一种超高强低稀土纳米异构镁合金制备方法，镁合金原子百分比成分为Mg-0.91~1.36Gd-0.87~1.29Y-0.06~0.14Zr，其特征在于包括以下过程：先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将锭坯均匀化处理后挤压成棒材，对挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为50~200℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~50%，控制进料速度为2~4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：万迎春，刘楚明，郭学益，余世伦，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43