一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料制造技术

本发明专利技术公开了一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料，其特征在于，由如下按质量百分比计的成分组成：Gd 4

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料


[0001]本专利技术涉及有色金属材料及加工，特别涉及一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪后，随着科学技术的飞速发展，各种新兴科技在常规武器系统中得到了大量应用，使得军事打击能力及防护系统性能明显提升，但坦克装甲车辆的金属防护层越做越厚，成本与重量越来越严重，机动性能和快速反应能力也受到了严重影响。故而，镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，且具有密度低、比强度高、比刚度高、阻尼性能好等优点，在航空航天、交通运输、武器装备等领域具有广阔的应用前景。轻质高强耐热镁合金是实现军事装备轻量化和提高军事装备各项性能指标的理想材料，并有望在大量实验研究之后逐步代替钢材、铝材等传统金属装甲材料成为新型高性能轻质装甲用材。然而，镁合金普遍存在强度不够高以及耐热性不够理想等缺陷限制了其应用。为满足航空航天及军工装甲领域对材料轻量化的迫切需求，如何提升镁合金的综合力学性能，研发出耐热且具有优异抗冲击性能的镁合金材料成为了当今研究的热门主题。

技术实现思路

[0003]基于上述问题，针对航空航天以及武器装备等领域服役环境对轻质合金的迫切需求，本专利技术的目的在于提供一种既具有高强耐热性，又具有良好的抗冲击性能的抗冲击的高强耐热稀土镁合金材料。本专利技术的目的还在于提供一种生产成本低，生产效率高，易操作的抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料的制备方法，以满足现有的工业需求。其技术方案实现为，
[0004]一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料，由如下按质量百分比计的成分组成：Gd 4
‑
4.9％、Y 3.5
‑
6.1％、Zr 0.81
‑
1％，其中Gd和Y稀土元素的总含量11％，其中Al、Cu、Fe以及Si等杂质元素的总含量不超过0.1％，其余为纯Mg。
[0005]上述抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料的制备方法，包括合金熔铸、固溶处理、热挤压以及时效处理四个部分，具体包括如下步骤：
[0006](1)合金熔铸：合金熔炼时，Mg元素以纯镁的形式加入，Gd、Y和Zr元素分别以Mg
‑
Gd、Mg
‑
Y和Mg
‑
Zr中间合金的形式加入，首先要将纯镁、Mg
‑
Gd、Mg
‑
Y和Mg
‑
Zr中间合金在100
‑
200℃条件下预热、烘干备用以保证实验的安全性；将烘干的纯镁、Mg
‑
Gd和Mg
‑
Y放入坩埚中，在熔炼炉中进行熔炼，温度在720
‑
760℃；待加入坩埚中的原料完全熔化后，升温至780
‑
800℃，加入Mg
‑
Zr中间合金，并加入镁合金精炼剂进行搅拌精炼，将溶液表面杂质去除清理；溶液静置后温度调整到720
‑
750℃，并将溶体浇入到钢模具，合金成分满足上述质量比的要求，整个熔铸过程采用保护气体进行保护，得到圆棒铸锭。
[0007](2)固溶处理：将步骤(1)所得铸锭至于加热炉中，升温至350
‑
450℃，保温2
‑
12h小时，进行固溶预处理，然后升温到500
‑
600℃，并保温0.5
‑
24h进行固溶处理后水淬；
[0008](3)热挤压变形：将圆棒铸锭按照固溶均匀化处理后，在挤压机上热挤压成形。
[0009](4)时效处理：热挤压成形的材料由室温慢速升温至180
‑
250℃，并保温0.5
‑
120h进行时效处理，即得到抗冲击的高强耐热镁稀土合金。
[0010]进一步地，步骤(1)中，钢模使用前预热至150
‑
300℃。
[0011]进一步地，步骤(1)中，浇注完成后，利用水冷模对模具冷却。
[0012]进一步地，步骤(2)中，固溶预处理的升温速率为5
‑
20k/min，固溶处理的升温速率为2K/min以上，优选2
‑
10k/min。
[0013]进一步地，步骤(3)中，圆棒铸锭的直径比挤压筒小2
‑
4mm，长度为直径的1.5
‑
2.5倍，铸锭加热温度为470
‑
500℃，加热时间为0.5
‑
2h；所述步骤(3)中，其挤压底座的温度为200
‑
300℃，挤压筒、挤压杆、挤压垫以及挤压模的温度为250
‑
450℃；所述步骤(3)中，挤压成形的挤压速率为2
‑
5mm/s，挤压比为3.75.
[0014]进一步地，步骤(4)中，将挤压成形的合金由室温慢速升温至180
‑
250℃，并保温0.5
‑
120h进行时效处理，升温速率为0.5
‑
2K/min。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术通过优化合金成分设计，显著改善铸造组织，整体材料的制备流程简单，操作简洁。通过该技术路线制备的合金材料，其强度、硬度、塑性、韧性以及耐热性能等性能指标明显改善，尤其是其抗冲击性能非常优异，其抗压强度为610
‑
700Mpa，屈服强度为520
‑
560Mpa，伸长率为13％
‑
17.5％，性能指标与常用的装甲铝合金2519A相媲美。
[0017](2)本专利技术中合金热挤压成形时，对设备和温度的要求不苛刻，可工业化程度高；本专利技术对所有的挤压工具均进行了加热保温处理，并且控制一定的挤压速度，从而制备出晶粒尺寸细小的材料，细晶强化作用明显，推动镁合金产业发展。
[0018](3)本专利技术提出了独有的热处理方案：固溶处理采用分级处理以及控制升温速率的方式从而改善合金性能，预析出处理和控制升温速率，可促使晶界及非平衡共晶附近发生析出，促使高溶质原子浓度区发生扩散，降低局部的溶质原子浓度，从而降低后续固溶过程中形成对力学性能有害的方块状富稀土粒子的数量；本专利技术通过慢速升温时效，可促使晶界附近的析出，有效抑制无沉淀析出带形成，降低晶界及晶内析出相密度的差异，使晶界、晶内性能更均衡，有利于提高合金的力学性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术典型的铸态组织扫描电镜图；
[0020]图2为实例1中抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料在室温及不同冲击载荷下的应力
‑
应变曲线图。
[0021]图3为实例1中抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料在200℃及不同冲击载荷下的应力
‑
应变曲线图。
具体实施方式
[0022]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于此。
[0023]实施例1
[0024](1)合金成分...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料，其特征在于，由如下按质量百分比计的成分组成：Gd 4
‑
4.9％、Y 3.5
‑
6.1％、Zr 0.81
‑
1％，其中Gd和Y稀土元素的总含量≤11％，其中Al、Cu、Fe以及Si杂质元素的总含量不超过0.1％，其余为纯Mg。2.权利要求1所述的一种抗冲击的高强耐热镁稀土合金材料，其特征在于，制备方法包括合金熔铸、固溶处理、热挤压以及时效处理四个部分，具体包括如下步骤：(1)合金熔铸：合金熔炼时，Mg元素以纯镁的形式加入，Gd、Y和Zr元素分别以Mg
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Gd、Mg
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Y和Mg
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Zr中间合金的形式加入，首先要将纯镁、Mg
‑
Gd、Mg
‑
Y和Mg
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Zr中间合金在100
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200℃条件下预热、烘干备用以保证实验的安全性；将烘干的纯镁、Mg
‑
Gd和Mg
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Y放入坩埚中，在熔炼炉中进行熔炼，温度在720
‑
760℃；待加入坩埚中的原料完全熔化后，升温至780
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800℃，加入Mg
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Zr中间合金，并加入镁合金精炼剂进行搅拌精炼，将溶液表面杂质去除清理；溶液静置后温度调整到720
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750℃，并将溶体浇入到钢模具，合金成分满足上述质量比的要求，整个熔铸过程采用保护气体进行保护，得到圆棒铸锭；(2)固溶处理：将步骤(1)所得铸锭至于加热炉中，升温至350
‑
450℃，保温2
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12h小时，进行固溶预处理，然后升温到500
‑
600℃，并保温0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪兆，王优强，唐昌平，倪陈兵，房玉鑫，于晓，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：