一种稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土镁合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明专利技术所述的稀土合金通式为Mg

【技术实现步骤摘要】
一种稀土镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种稀土镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，国际社会对节能减排的要求越发严苛，作为“21世纪绿色工程结构材料”，镁合金因其密度低、比强度、比刚度高、阻尼减震性好以及电磁屏蔽性优良而在航空航天、汽车工业以及军事军工等领域具有较好的发展前景。
[0003]镁具有HCP结构，晶体对称性较差，<a>类滑移仅能提供4个独立滑移系，不足以满足多晶体进行均匀塑性变形所需的至少五个独立滑移系的要求，且<a>类滑移无法协调合金c轴方向的应变，因此镁合金室温下塑性变形能力较差，容易出现脆性断裂。除此之外，镁具有很高的化学活泼性，其平衡电位很低，与不同类金属接触时易发生电偶腐蚀，并充当阳极作用。在室温下，镁表面与空气中的氧发生反应，形成氧化镁薄膜，但由于氧化镁薄膜比较疏松，其致密系数仅为0.79，即镁氧化后生成氧化镁的体积缩小，因此耐蚀性很差。
[0004]细化晶粒对改善镁合金的微观组织和力学性能尤为重要，镁合金晶粒细化会使<c+a>滑移的临界切应力减小，<c+a>滑移的启动会大大提高合金塑性变形能力。而合金化是常用的细化晶粒的一种有效手段，稀土元素作为表面活化元素，在合金铸造过程中可以降低流体的表面张力，从而降低临界形核功，增加结晶核心数量，同时还可以增加合金过冷度，阻碍晶粒长大从而细化晶粒。
[0005]我国稀土资源丰富，开发具有优良性能的稀土镁合金具有巨大的优势。Gd是近年来广受关注的重稀土元素，在镁中有较大的固溶度，且固溶度随温度的降低而急剧下降，很容易形成过饱和固溶体，故Mg
‑
Gd系合金具有较好的固溶强化和析出强化效应，一部分稀土元素固溶于镁合金基体中强化晶粒，增加位错滑移阻力，提高合金强度。另一部分和镁形成高温稳定的金属间化合物弥散分布于合金中，起到强化作用。另外，稀土元素的复合加入还能降低彼此在镁基体中的固溶度，并改变对方从镁基体中时效析出的动力学过程，增加强化效果，Nd作为一种轻稀土元素，能够在晶界处与O结合生成Nd2O3钝化膜，明显提高合金的耐腐蚀性，还能降低合金的密度和成本，改善合金的变形加工性能。
[0006]传统镁合金通常采用铸造工艺来制备，但镁合金的铸造性能较差，在镁合金的铸件生产中容易出现疏松，夹渣，裂纹，气孔等多种缺陷，并且较难消除。因此，如何解决稀土镁合铸造后产生的多种缺陷成为本专利技术的研究重点。

技术实现思路

[0007]针对现有镁合金塑性、耐腐蚀性等多种性能较差，以及铸造工艺会带来疏松，裂纹等多种缺陷的问题，本专利技术提供一种稀土镁合金及其制备方法，通过往Mg中添加稀土中间元素Gd、Nd来细化晶粒，提高稀土镁合金的塑性变形能力、强度、耐腐蚀性等性能，两者相互作用还能进一步改善合金的变形加工性能。另外，本专利技术在铸造后利用热挤压工艺抑制合金裂纹的产生，减小了变形抗力，提高了镁合金的塑性。
[0008]本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]1)配料：选用Mg、镁稀土中间合金Mg
‑
25wt％Gd、Mg
‑
25wt％Nd为原材料，去除氧化皮后按各组分质量百分比对原材料进行计算、称量；其中，各组分质量百分比为1％≤Gd≤3％、1％≤Nd≤3％、Fe＜0.002％、Si＜0.005％，余量为Mg；
[0011]2)熔炼：将称量好的Mg块加入石墨坩埚炉中，在SF6+CO2气氛保护下，将Mg块加热至融化后加入镁稀土中间合金Mg
‑
25wt％Gd、Mg
‑
25wt％Nd，继续升温至全部融化；去除浮渣后将炉内温度提升至983K～1000K，保温后得到熔融态稀土镁合金；
[0012]3)铸造：选用结晶模具，先对模具进行预热，再将步骤2)中得到的熔融态稀土镁合金倒入模具中进行浇铸，得到铸态稀土镁合金；
[0013]4)固溶处理：将步骤3)中得到的铸态稀土镁合金去除氧化皮，随后在氩气气氛保护下进行固溶，固溶结束后将铸态稀土镁合金冷却至室温；
[0014]5)热挤压：将铸态稀土镁合金再次加热到挤压温度628K～733K，保温后进行热挤压，得到热挤压变形并冷却至室温后的稀土镁合金板。
[0015]进一步地，步骤1)中所选用的Mg的纯度大于等于99.9wt.％。
[0016]进一步地，所述步骤1)中，各组分质量百分比为3％≤Gd≤5％、3％≤Nd≤5％、Fe＜0.002％、Si＜0.005％，余量为Mg。
[0017]进一步地，所述步骤2)中的保温时间为0.25～0.5h。
[0018]进一步地，所述步骤3)中，浇铸方式为直冷式半连续铸造。
[0019]进一步地，所述步骤4)中，固溶温度为763K～778K，固溶时间为15～18h，冷却方式为水冷却。
[0020]进一步地，所述步骤5)中热挤压前的保温时间为0.5～1h，热挤压后的冷却方式为水冷却。
[0021]进一步地，所述步骤5)中热挤压变形过程中的稀土镁合金板的挤压比为5～10。
[0022]进一步地，所述步骤5)热挤压变形冷却至室温后的稀土镁合金板还需通过压力矫直机进行矫直处理。
[0023]根据以上任一项制备方法制备的稀土镁合金，其特征在于，挤压温度为653K时，制备出的稀土镁合金板的最大压缩应力为278MPa；挤压温度为723K时，制备出的稀土镁合金板的最大压缩应力为228MPa。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025]1.本专利技术所述稀土元素Gd、Nd在镁中具有较高的固溶度，稀土原子溶入镁基体中,能够减慢原子扩散速率，阻碍位错运动，从而强化基体，提高合金的强度和高温蠕变性能；稀土元素能够在熔体表面形成致密的复合氧化物膜，有效阻止熔体和大气的接触，提升材料抗氧化性与耐腐蚀性。
[0026]2.本专利技术所述热挤压加工时为三向压应力状态，能够抑制裂纹的萌生进而保证镁稀土合金被完整挤出，提高内部组织致密度，使得内部组织更为均匀。且热挤压温度一般高于再结晶温度，因此在热挤压过程中，镁稀土合金会发生动态再结晶，从而得到均匀细小的等轴晶组织。经热挤压后，合金的抗压强度及断裂应变最大可提升46％，室温下有超过40％的塑性，室温等应变速率压缩的最大真应力可达278MPa。
[0027]3.热挤压操作简单，生产率高，材料利用率高，总成本较低，可以连续成形，有利于提高生产效率，扩大镁稀土合金在工程结构材料中的应用。
[0028]4.热挤压后，镁稀土合金不可避免地存在一定的弯曲度，型材也存在扭曲、扩口、并口、间隙等缺陷，主要原因是镁稀土合金流动不均匀严重，合金内部应力变化不均匀，产品弯曲扭曲，因此,为了避免上述缺陷，需要进行矫直处理，经过矫直处理后合金的抗拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配料：选用Mg、镁稀土中间合金Mg
‑
25wt％Gd、Mg
‑
25wt％Nd为原材料，去除氧化皮后按各组分质量百分比对原材料进行计算、称量；其中，各组分质量百分比为1％≤Gd≤3％、1％≤Nd≤3％、Fe＜0.002％、Si＜0.005％，余量为Mg；2)熔炼：将称量好的Mg块加入石墨坩埚炉中，在SF6+CO2气氛保护下，将Mg块加热至融化后加入镁稀土中间合金Mg
‑
25wt％Gd、Mg
‑
25wt％Nd，继续升温至全部融化；去除浮渣后将炉内温度提升至983K～1000K，保温后得到熔融态稀土镁合金；3)铸造：选用结晶模具，先对模具进行预热，再将步骤2)中得到的熔融态稀土镁合金倒入模具中进行浇铸，得到铸态稀土镁合金；4)固溶处理：将步骤3)中得到的铸态稀土镁合金去除氧化皮，随后在氩气气氛保护下进行固溶，固溶结束后将铸态稀土镁合金冷却至室温；5)热挤压：将铸态稀土镁合金再次加热到挤压温度628K～733K，保温后进行热挤压，得到热挤压变形并冷却至室温后的稀土镁合金板。2.根据权利要求1所述的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中所选用的Mg的纯度大于等于99.9wt.％。3.根据权利要求1所述的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭振，陈毓美，侯秀丽，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：