一种高强高断裂韧性Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金的制备方法技术

一种高强高断裂韧性Mg

【技术实现步骤摘要】
一种高强高断裂韧性Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn
‑
Zr镁合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强高断裂韧性Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn
‑
Zr镁合金的制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是目前实用金属中最轻的结构材料，具有比强度和比刚度高、阻尼减震性能优异、资源丰富等优点，在轨道交通、航空航天和国防军工等领域具有广泛的应用前景。但是普通镁合金的绝对强度偏低，特别是作为耐久性指标之一的断裂韧性值很低，从而严重地限制了其应用范围。因此，开发高强度和高断裂韧性的镁合金就显得尤为重要。
[0003]近年来，稀土变形镁合金的研究受到了国内外广泛关注，尤其是Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn系稀土镁合金，由于Gd和Y在镁中具有优良的固溶强化和时效强化效果，同时添加Zn元素会在稀土镁合金中形成长周期堆垛结构，可获得超高强度和高延伸率的稀土变形镁合金。但是其断裂韧性值较低，同时现有Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn系稀土镁合金的断裂韧性多为状态断裂韧性值K
q
，而非材料本征断裂韧性值K
IC
平面应变断裂韧性，通常K
q
值远大于K
IC
值，GB/T4161
‑
2015和GB/T21143
‑
2014中，标注为：K
IC
的条件值，材料设计人员选用材料时，无法正确选取符合K
IC
要求的材料。目前报道的Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn系稀土镁合金的K
IC
一般仅为15MPa
·
m
1/2
左右，尤其是当强度进一步提升时，镁合金的断裂韧性会出现进一步的下降，现有稀土镁合金远远不能满足航空航天领域对于轻质高强韧镁合金材料的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决为了现有Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn系稀土镁合金断裂韧性K
IC
较低的问题，提供了一种高强高断裂韧性Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn
‑
Zr镁合金的制备方法。
[0005]本专利技术一种高强高断裂韧性Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn
‑
Zr镁合金的制备方法，包括以下步骤：
[0006]一、铸造：按元素含量称取纯镁、纯锌、Mg
‑
Y中间合金、Mg
‑
Gd中间合金和Mg
‑
Zr中间合金，然后将纯镁放入到熔炼炉中，在750
‑
800℃和CO2和SF6混合气体的保护下加热至熔化成镁液，然后依次加入纯锌、Mg
‑
Y中间合金、Mg
‑
Gd中间合金和Mg
‑
Zr中间合金，熔化后搅拌，静置，除渣并将温度降至720℃，再采用半连续铸造技术制备成镁合金铸锭；
[0007]二、均匀化处理：将步骤一中制备的铸锭置于电阻炉中，在温度为480
‑
520℃下均匀化处理8
‑
24h，然后淬火，得到均匀化处理后的合金；
[0008]三、挤压变形：将步骤二中得到的合金加工成直径50
‑
150mm的圆柱体，与挤压模具一起在350℃保温15
‑
60min，然后进行挤压变形，挤压温度为350℃，挤压速率为0.1
‑
1.5mm/s，挤压比为8
‑
25，得到镁合金挤压棒材；
[0009]四、时效处理：将步骤三中得到的棒材于180
‑
225℃时效处理10
‑
150h，得到高强高断裂韧性镁合金棒材。
[0010]与现有的技术相比，本专利技术具有如下优势：
[0011]1、本专利技术镁合金使用Gd和Y作为主要元素，在镁合金中具有最佳的固溶强化和时效强化效果，同时添加Gd和Y元素可以降低对方元素在镁基体中的溶解度，从而使镁合金析
出更多的第二相，时效后在基体棱柱面析出亚稳态纳米β
′
相，使该合金产生显著的时效强化效果。加入Zn元素可以形成长周期堆垛结构相，提升强度和断裂韧性。
[0012]2、本专利技术在挤压前低温短时保温，可以生成层片状γ
′
相，采用低温挤压有助于基体双峰组织的形成，使得本专利技术制备的Mg
‑
Gd
‑
Y
‑
Zn
‑
Zr合金具有高强度和高断裂韧性，抗拉强度达400
‑
520MPa，屈服强度达350
‑
450MPa，平面应变断裂韧性高达18
‑
25MPa
·
m
1/2
。
[0013]3、本专利技术以高强度高断裂韧性为主要特征，通过γ
′
相和β
′
相的作用提升合金力学性能，通过控制γ
′
体积分数和基体双峰组织(未再结晶区+再结晶区)提升抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的能力，随γ
′
相和基体双峰组织体积分数的增加，断裂韧性K
IC
逐渐提高，可在保证强度的同时，大幅提升镁合金的断裂韧性。
附图说明
[0014]图1为实施例1中挤压前350℃下保温30min，挤压温度为350℃下制备的Mg
‑
9Gd
‑
4Y
‑
1Zn
‑
0.5Zr合金的金相组织；
[0015]图2为对比实施例2挤压前400℃下保温30min挤压温度为400℃下制备的Mg
‑
9Gd
‑
4Y
‑
1Zn
‑
0.5Zr合金的金相组织；
[0016]图3为对比实施例3挤压前未进行保温的Mg
‑
9Gd
‑
4Y
‑
1Zn
‑
0.5Zr合金的金相组织；
[0017]图4为实施例2挤压前350℃下保温30min，挤压温度为350℃下制备的Mg
‑
7Gd
‑
2Y
‑
1Zn
‑
0.4Zr合金的金相组织；
[0018]图5为对比实施例5挤压前未进行保温的Mg
‑
7Gd
‑
2Y
‑
1Zn
‑
0.4Zr合金的金相组织本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高断裂韧性Mg
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Gd
‑
Y
‑
Zn
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Zr镁合金的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：一、铸造：按元素含量称取纯镁、纯锌、Mg
‑
Y中间合金、Mg
‑
Gd中间合金和Mg
‑
Zr中间合金，然后将纯镁放入到熔炼炉中，在750
‑
800℃和CO2和SF6混合气体的保护下加热至熔化成镁液，然后依次加入纯锌、Mg
‑
Y中间合金、Mg
‑
Gd中间合金和Mg
‑
Zr中间合金，熔化后搅拌，静置，除渣并将温度降至720℃，再采用半连续铸造技术制备成镁合金铸锭；二、均匀化处理：将步骤一中制备的铸锭置于电阻炉中，在温度为480
‑
520℃下均匀化处理8
‑
24h，然后淬火，得到均匀化处理后的合金；三、挤压变形：将步骤二中得到的合金加工成直径50
‑
150mm的圆柱体，与挤压模具一起在350℃保温15
‑
60min，然后进行挤压变形，挤压温度为350℃，挤压速率为0.1
‑
1.5mm/s，挤压比为8
‑
25，得到镁合金挤压棒材；四、时效处理：将步骤三中得到的棒材于180
‑
225℃时效处理10
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150h，得到高强高断裂韧性镁合金棒材。2.根据权利要求1所述的一种高强高断裂韧性Mg
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Gd
‑
Y
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Zn
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Zr镁合金的制备方法，其特征在于步骤一中按质量分数5.0％
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12.0％Gd、1.0％
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6.0％Y、0.5％
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1.5％Zn、0.2％
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0.8％Zr和余量为镁Mg称取原料。3.根据权利要求1所述的一种高强高断裂韧性Mg
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Gd
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Y
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Zn
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Zr镁合金的制备方法，其特征在于步骤一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明毅，纪志康，乔晓光，武首中，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：