低合金化高塑性镁稀土合金及其制备方法技术

低合金化高塑性镁稀土合金及其制备方法，本发明专利技术的目的是为了解决镁合金室温塑性差的问题。制备方法：一、将原料中的纯Mg锭和Mg

【技术实现步骤摘要】
低合金化高塑性镁稀土合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于镁合金领域，特别涉及一种具有室温高塑性的低合金化镁稀土二元(Mg
‑
Er)合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，已广泛应用于航空航天、武器装备、3C电子等领域。然而，镁合金的室温塑性较差，这严重限制了镁合金的进一步应用。不足的独立变形模式和强的织构是镁合金低塑性的重要原因。一方面。尽管镁合金的变形模式有基面滑移，柱面滑移，角锥面滑移以及孪晶，但是，在室温下，仅有基面滑移和拉伸孪晶较容易激活，其他滑移系和孪晶的临界剪切应力(CRSS)较高，难以激活，这使得镁合金在室温下的缺少独立的塑性变形模式。另一方面，挤压态合金往往有着较强的织构，例如，板材([0001]//ND)和棒材([10
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10]//ED)，这通常是热加工过程中形成的。
[0003]细化晶粒是提高镁合金塑性的重要手段。Zeng等(Z.R.Zeng et al.,Deformation modes during room temperature tension of fine
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grained pure magnesium,Acta Mater.206(2021)116648.)制备了超细晶纯镁(晶粒尺寸约为1μm)，获得了良好的室温塑性。这是由于细晶粒容易激活非基面滑移，甚至发生晶界滑移，显著提高镁合金的塑性。然而，在大规模的工业生产中，获得超细晶是一项巨大的挑战，经济收效低。因此，迫切需要开发一种可大规模生产的新型高塑性镁合金。
[0004]合金化是提高合金塑性的重要手段之一。一方面，合金化元素可以有效地缩小不同滑移系之间CRSS的差距，使得非基面滑移系统更容易被激活。另一方面，部分合金化元素可以弱化热加工过程中产生的强织构。然而，目前已公开的专利中，高塑性合金的报道集中于复杂的合金元素或者较高的合金化元素。例如，专利号为CN201811375873.5，专利名称为《一种高塑性镁合金及其制备方法》中公开了一种高塑性的Mg
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Bi
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Nd
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Mn合金，室温延伸率超过40％，但是合金总合金化含量3.5wt.％以上，第二相较为复杂(BiNd相，Mg3Bi2相)。
[0005]专利号为CN202010007746.0，专利名称为《一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法》中公开了高塑性低成本的Mg
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Gd
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Er
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Zn
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Zr合金，室温延伸率最高可达35％，但是合金的总合金化含量8.5wt.％以上。高的合金化含量以及复杂的第二相组成往往会使得合金在实际的大规模生产中难以获得稳定的性能。因此，迫切需要开发合金成分简单、性能稳定的高塑性低合金化镁合金。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决镁合金室温塑性差的问题，而提出了一种通过简单的稀土合金化(Er元素)调控与细化晶粒相结合提高镁合金塑性的方法，旨在开发一种具有稳定的室温高塑性的镁合金，拓宽镁合金的应用。
[0007]本专利技术低合金化高塑性镁稀土合金为Mg
‑
Er镁合金，由1wt％
‑
3wt％的Er和99wt％
‑
97wt％的Mg组成，所述的总合金化元素含量小于3wt.％。
[0008]本专利技术通过少量RE元素(Er)的添加，提高镁合金的室温塑性。一方面，Er元素可以降低镁合金的非基面滑移和孪晶的CRSS，激活更多的非基面滑移和孪晶；另一方面，Er元素可以帮助镁合金在热加工过程中产生稀土织构，弱化热加工过程中产生的强基面织构。
[0009]本专利技术低合金化高塑性镁稀土合金的制备方法按照以下步骤实现：
[0010]一、以纯Mg锭和Mg
‑
Er中间合金作为原料，将原料中的纯Mg锭加入电阻炉中内，在保护气氛下于750℃下熔化成液态，冷却至730℃后加入Mg
‑
Er中间合金，保温至全部熔化，得到合金液；
[0011]二、将步骤一的合金液继续冷却至670
‑
690℃时进行浇铸，得到成型镁稀土合金；
[0012]三、车削去除成型镁稀土合金的表层，切割得到坯料；
[0013]四、在挤压温度下预热坯料和挤压模具，控制挤压温度为300
‑
500℃，挤压比为20
‑
60：1，水冷后得到挤压态合金；
[0014]五、将挤压态合金置于电阻炉中在300℃
‑
400℃下退火处理，得到低合金化高塑性镁稀土合金；
[0015]其中步骤一原料中Er含量为1wt％
‑
3wt％，Mg的含量为99wt％
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97wt％。
[0016]本专利技术步骤四使用预热后的挤压模具对预热坯料进行挤压，减小挤压组织不均性。
[0017]本专利技术得到的低合金化室温高塑性Mg
‑
Er镁合金具有极高的塑性，其室温下的断裂延伸率>50％，无需添加其他任何晶粒细化元素，例如Zr元素等。
[0018]本专利技术低合金化高塑性镁稀土合金及其制备方法包括如下有益效果：
[0019]1、本专利技术通过单一的元素(Er元素)添加，制备了高塑性(>50％)的镁合金。Er元素在镁合金中的固溶度非常大(最大固溶度>30wt.％)，因此，小于等于3wt.％Er元素很容易全部固溶到镁中。这使得合金的组成相对稳定，不存在大量的复杂的第二相，这意味着在大规模工业生产中合金的性能更容易达到稳定。
[0020]2、本专利技术的挤压态合金存在这明显的“稀土织构”，大大弱化了加工过程产生的基面织构。强的基面织构会使得原本容易开动的基面位错滑移难以激活，Er元素的添加和后续的退火过程大大弱化了基面织构，显著提高了合金的塑性。
[0021]3、本专利技术的挤压态合金的晶粒尺寸集中于4
‑
10μm，在此晶粒尺寸下，镁合金的位错滑移和孪晶均会开动。由于Er元素的作用，使得镁合金在此晶粒尺寸下展现了远超纯镁的变形模式活性，获得了良好的室温塑性。由于Er元素本身对滑移系统的强的促进作用，无需添加Zr等晶粒细化元素将晶粒进一步细化。更重要的是，获得此晶粒尺寸在大规模的工业生产中是很容易获得的，具有较高的经济效益。
[0022]4、本专利技术即使是在较低挤压比下，也能获得良好的塑性。较低的挤压比往往会使合金动态再结晶不完全，存在未动态再结晶和较高的位错密度。退火可能会使得晶粒过大从而影响塑性。而本专利技术的镁稀土合金存在一定的晶界偏析，会抑制晶粒在退火过程中的异常长大，使得合金退火后依然能获得均匀细晶组织，从而获得良好的塑性。
[0023]5、本专利技术的合金的元素含量较低(≤3wt.％)，成本较低，经济价值较高，可广泛用于工业生产。
[0024]6、本专利技术的工艺流程简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低合金化高塑性镁稀土合金，其特征在于该低合金化高塑性镁稀土合金为Mg
‑
Er镁合金，由1wt％
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3wt％的Er和99wt％
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97wt％的Mg组成，所述的总合金化元素含量小于3wt.％。2.根据权利要求1所述的低合金化高塑性镁稀土合金，其特征在于由1.5
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2.5wt％的Er和98.5％
‑
97.5％的Mg组成。3.低合金化高塑性镁稀土合金的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：一、以纯Mg锭和Mg
‑
Er中间合金作为原料，将原料中的纯Mg锭加入电阻炉中内，在保护气氛下于750℃下熔化成液态，冷却至730℃后加入Mg
‑
Er中间合金，保温至全部熔化，得到合金液；二、将步骤一的合金液继续冷却至670
‑
690℃时进行浇铸，得到成型镁稀土合金；三、车削去除成型镁稀土合金的表层，切割得到坯料；四、在挤压温度下预热坯料和挤压模具，控制挤压温度为300
‑
500℃，挤压比为20
‑
60：1，水冷后得到挤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景怀，张志，谢金书，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：