一种异构合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种异构合金棒材及其制备方法，属于金属材料技术领域，本发明专利技术利用金属固液复合铸造的成型方法，在特定的铸造模具中对高弹性模量金属/低弹性模量镁合金进行铸造，配合以特定的变形和热处理调控微观结构，制备出高弹性模量的异构合金棒材。本发明专利技术利用固液复合铸造，可以获得完美的原生界面，无氧化夹杂且界面结合良好，可制备大尺寸棒材，工艺简单易操作，更加能够满足工业应用的需求。更加能够满足工业应用的需求。更加能够满足工业应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种异构合金棒材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，特别涉及一种异构合金棒材及其制备方法。

技术介绍

[0002]弹性模量是金属材料重要的力学性能指标之一。工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同的应力下产生的弹性变形就越小。机器零件或构件的刚度与材料的刚度不同，前者用其横截面积与所用材料的刚度的乘积表示。可见，要提高机器零件的刚度，在不能增大横截面积的情况下，应选用弹性模量比较高的材料。已有的研究表明，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标，外在因素的变化对它的影响也比较小。
[0003]镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，在国防军事、航空航天、汽车、电子通信等领域中正得到广泛应用，对实现结构轻量化和节能减排具有重要意义。但是，相比于铝合金、钛合金等其他轻金属结构材料，镁合金的弹性模量较低，故其应用远不及铝合金广泛。因此，如何提高镁合金的低弹性模量的问题，是镁合金研究开发与产业化发展的重点。已有的研究表明，控制温度、应变速率、热处理以及塑性变形等工艺条件，对镁合金弹性模量的提升效果非常有限。
[0004]经过对现有技术的文献检索发现，通过添加合金元素的方法来提高镁合金的弹性模量。Zhang等人在《Materials and Design》材料与设计，2013,43,74
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79上发表的“Effects of Si addition on microstructure and mechanical properties of Mg
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8Gd
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4Y
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Nd
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Zr alloy”一文中，采用合金化方法引入高弹性模量的第二相粒子，在Mg
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8Gd
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4Y
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1Nd
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1Zr合金中添加1％的Si，使得弹性模量由44GPa提高到51GPa。合金弹性模量的提高归因于合金中生成了大量具有高模量的粒子。但是随着Si含量的增高，合金熔体的流动性显著下降，不利于更高弹性模量合金的制备。胡继龙等人在《Materials Science and Engineering:A》材料科学与工程A，2013,571,19
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24上发表的“Microstructures and mechanical properties of the Mg
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8Gd
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4Y
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Nd
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Zn
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3Si(wt％)alloy”一文中，Mg
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8Gd
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4Y
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Nd
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3Si合金添加了少量Zn元素，改善了合金熔体的流动性。通过合金化的研究，加入一定量的合金元素或稀土元素能在一定程度上提高弹性模量，主要是由于所加入的元素能与镁合金基体中的其他元素发生反应，生成具有高弹性模量的第二项颗粒增强相。但是，由于元素的添加，使得合金的材料的强度有所下降，更加糟糕的是，让塑性本就不好的镁合金，塑性更差了。
[0005]进一步检索现有技术文献，在镁合金基体中添加增强体来制备镁基复合材料，也是一种常用的提高弹性模量的方法。通过添加颗粒增强相、晶须增强相、纤维增强相、碳纳米管等增强的镁基复合材料，较合金化方法相比，弹性模量进一步得到提高。刘贯军等在《Acta Matericae Compositae Sinica》复合材料学报，2008,6,156
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159上发表的“硅酸铝短纤维增强AZ91D复合材料的界面微观结构及力学性能”一文中，通过挤压浸渗工艺制备了(Al2O3
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SiO2)/AZ91D镁基复合材料，弹性模量从38.5GPa提高到61GPa，提高了约58％。复合
化的方法可以有效提高材料的强度和弹性模量，但材料的塑性明显降低。除此之外，高模量增强相的价格昂贵，处理工艺也相对复杂，不利于工业化应用。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种异构合金棒材及其制备方法，本专利技术提供采用高弹性模量金属/低弹性模量合金固液复合铸造的成型方法制备出的异构合金棒材具有高弹性模量，制备工艺简单，高模量增强相成本低。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种异构合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
[0009]对高弹性模量金属表面镀锌，得到预处理后的金属；
[0010]将所述预处理后的金属置于模具腔内进行预热，得到预热后的金属；
[0011]向所述模具腔内浇注低弹性模量金属液体，浇筑完成后保温进行固液复合铸造，得到异构镁合金铸锭；
[0012]将所述异构镁合金铸锭依次进行变形和热处理，得到异构合金棒材。
[0013]优选地，所述高弹性模量金属的弹性模量与低弹性模量金属的弹性模量的比值≥2，所述低弹性模量金属包括铝合金、钛合金或镁合金。
[0014]优选地，所述高弹性模量金属的形状为螺旋弹簧或碟形弹簧。
[0015]优选地，所述镀锌的厚度为0.1～50μm。
[0016]优选地，所述高弹性模量金属的直径为模具型腔直径的1～99％，所述模具型腔直径为10～100cm。
[0017]优选地，所述预热的温度为500～800℃，时间为1～10h。
[0018]优选地，所述浇筑的温度为650～1000℃。
[0019]优选地，所述保温的温度为500～800℃，时间为2～8h。
[0020]优选地，所述变形温度为100～500℃；所述热处理的方法为真空固溶处理，所述真空固溶处理的温度为400～900℃，固溶时间为1～12h。
[0021]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的异构合金棒材。
[0022]有益技术效果：
[0023]本专利技术提供了一种异构合金棒材及其制备方法，用金属固液复合铸造的成型方法，在特定的铸造模具中对高弹性模量金属/低弹性模量镁合金进行铸造，配合以特定的变形和热处理调控微观结构，制备出高弹性模量的异构合金棒材。本专利技术利用固液复合铸造，可以获得完美的原生界面，无氧化夹杂且界面结合良好，可制备大尺寸棒材，工艺简单易操作，更加能够满足工业应用的需求。
附图说明
[0024]图1为实施例预处理示意图；其中，a为模具剖面示意图；b为单组固相模具外形图；c为多组固相模具外形图；1
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固态金属；2
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冒口；3
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液态金属；4
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模具；5
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加热套；6
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定位模具；7
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浇口；8
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定位孔；
[0025]图2为实施例浇注示意图；其中，9
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铸锭；10
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铸锭制品；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对高弹性模量金属表面镀锌，得到预处理后的金属；将所述预处理后的金属置于模具腔内进行预热，得到预热后的金属；向所述模具腔内浇注低弹性模量金属液体，浇筑完成后保温进行固液复合铸造，得到异构镁合金铸锭；将所述异构镁合金铸锭依次进行变形和热处理，得到异构合金棒材。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高弹性模量金属的弹性模量与低弹性模量金属的弹性模量的比值≥2，所述低弹性模量金属包括铝合金、钛合金或镁合金。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高弹性模量金属的形状为螺旋弹簧或碟形弹簧。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镀锌的厚度为0.1～50μm。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪飞，霍启乐，彭振，罗锐，刘满平，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：