GPa级高压作用下的Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca)合金及制备方法技术

本发明专利技术提出了GPa级高压作用下的Mg‑Zn‑Cu‑Zr‑(Cr‑Ca)合金及制备方法，采用六面顶液压机对Mg‑Zn‑Cu‑Zr‑(Cr,Ca)合金在2GPa～6GPa高压作用下进行凝固，利用EBSD、SEM等分析手段研究了其凝固组织特征、Zn、Cu和Ca等溶质元素分布规律、高压凝固过程中的异质晶核以及强韧化机制。结果表明，该高压凝固合金的初生晶α‑Mg为规整的等轴晶，平均晶粒尺寸由常压下的186μm逐渐细化到6GPa下的22μm；Zn在α‑Mg基体中的固溶度由常压下的3.63％逐渐增至6GPa下的6.23％，晶间第二相由常压下的网状逐渐变为6GPa下断续分布的岛状或颗粒状；MgZn2、Mg2Ca和Cr2Zr相均为高压凝固过程中α‑Mg晶体强有效的异质晶核衬底，极大地增加了凝固过程中晶核数目。合金的强度随凝固压力增大而升高，压断时最大抗力由常压下的240MPa提升至6GPa下的520MPa。

Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca) alloy under GPa high pressure and its preparation method

The present invention presents Mg Zn Cu Zr (Cr Ca) alloy under GPa high pressure and its preparation method. The Mg Zn Cu Zr (Cr, Ca) alloy is solidified under 2GPa-6GPa high pressure by hexahexahedral top hydraulic press. The solidification structure characteristics, the distribution law of solute elements such as Zn, Cu and Ca, the heterogeneous nuclei and the heterogeneous nuclei during high pressure solidification are studied by means of EBSD, SEM and so on. Strengthening and toughening mechanism. The results show that the primary crystals of the high pressure solidified alloy are regular equiaxed grains, the average grain size is gradually refined from 186 microns at atmospheric pressure to 22 microns at 6 GPa, the solid solubility of zinc in the matrix increases gradually from 3.63% at atmospheric pressure to 6.23% at 6 GPa, and the second intergranular phase gradually changes from the mesh at atmospheric pressure to the island or granular distribution at 6 GPa. The R phase is a strong and effective heteronuclear substrate for alpha Mg crystals during high pressure solidification, which greatly increases the number of nuclei during solidification. The strength of the alloy increases with the increase of solidification pressure, and the maximum resistance increases from 240 MPa at atmospheric pressure to 520 MPa at 6 GPa.

【技术实现步骤摘要】
GPa级高压作用下的Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca)合金及制备方法
本专利技术属于Mg-Zn-Cu合金
，涉及一种GPa级高压作用下的Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca)合金及制备方法。
技术介绍
Mg-Zn-Cu合金是迄今商业化应用比较成功的Mg-Zn系耐热合金。由于Cu存在于共晶相Mg(Zn,Cu)2中，使其在150℃以下的高温性能较好，可用于汽车发动机部件和推进器等。但公开报道的铸造Mg-Zn-Cu合金其铸态组织均较粗大，且主要强化相Mg(Zn,Cu)2共晶相多连成网状分布在枝晶间，不但Mg(Zn,Cu)2相的强化作用不能够充分发挥，还会降低铸造Mg-Zn-Cu合金的力学性能。因此，为进一步提高Mg-Zn-Cu合金力学性能扩大其应用范围，细化Mg-Zn-Cu凝固组织，改善Mg(Zn,Cu)2相的形态与分布就显得十分重要。控制凝固过程是细化凝固组织的关键手段。为控制金属或合金凝固过程，传统方法是通过调节化学成分和温度来改变凝固组织，而通常忽略影响凝固过程的另一个热力学参数—压力。压力与温度和化学成分均为重要的热力学变量，对金属或合金的凝固过程也有着重要的影响，尤其是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.GPa级高压作用下的Mg‑Zn‑Cu‑Zr‑(Cr‑Ca)合金，其特征在于，该合金的初生晶α‑Mg为细小等轴“枝晶团”；“枝晶团”平均尺寸22μm～48μm，单位面积上晶核数目为174～83个；其晶间第二相多呈岛状或颗粒状断续分布在α‑Mg枝晶间；Zn和Cu元素分别固溶到α‑Mg基体中，Zn在α‑Mg基体中的固溶度为5.69％～6.23％，Cu在α‑Mg基体中的固溶度为0.28％～0.48％；Ca元素在晶粒内形成富“Ca”区；合金室温抗压强度σb为409Mpa～502Mpa，屈服强度σ0.2为362Mpa～460Mpa，断后延伸率δ为15.4％～21.0％；硬度为75HV～108HV。

【技术特征摘要】
1.GPa级高压作用下的Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca)合金，其特征在于，该合金的初生晶α-Mg为细小等轴“枝晶团”；“枝晶团”平均尺寸22μm～48μm，单位面积上晶核数目为174～83个；其晶间第二相多呈岛状或颗粒状断续分布在α-Mg枝晶间；Zn和Cu元素分别固溶到α-Mg基体中，Zn在α-Mg基体中的固溶度为5.69％～6.23％，Cu在α-Mg基体中的固溶度为0.28％～0.48％；Ca元素在晶粒内形成富“Ca”区；合金室温抗压强度σb为409Mpa～502Mpa，屈服强度σ0.2为362Mpa～460Mpa，断后延伸率δ为15.4％～21.0％；硬度为75HV～108HV。2.根据权利要求1所述的GPa级高压作用下的Mg-Zn-Cu-Zr-(Cr-Ca)合金，其特征在于，合金中HCP结构的MgZn2、Mg2Ca相以及BCC结构的Cr2Zr相均为高压凝固过程中α-Mg晶体的有效异质晶核衬底。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，林小娉，叶杰，张冲，徐畅，程思远，付守军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21