【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镁合金，具体涉及一种镁钆钕钙锆合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、“双碳”目标和愿景使得汽车、轨道交通等大众运输工具轻量化迫在眉睫。镁及其合金是目前最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、易回收等优点，被誉为21世纪“绿色结构材料”，在交通、能源、航空航天等领域展现出重要的应用价值和良好的应用前景。然而，镁合金的绝对强度低，低温变形能力差，极大的限制了镁及镁合金的应用。
2、沉淀强化和晶粒细化是提高镁合金强度的有效方式。沉淀强化可以通过合金化和热处理来达到，合金元素的加入能够诱发第二相的析出，从而产生析出强化效应。稀土镁合金因其时效强化效果好而受到广泛关注，然而稀土元素价格高昂，不利于工业化应用，为了降低成本，需要开发高强度低合金化mg-re系镁合金。然而，稀土含量低，第二相析出动力不足，因此，如何提高低稀土含量镁合金中第二相的数量就成为设计低成本高性能镁合金的关键。
3、为获得细晶组织，通过细晶强化进一步提升镁合金性能，往往采用挤压这种简单、高效的塑性变形方法。在挤压工艺中，挤压温度升高会降低镁合金强度，导致成本升高或者最终产品效率的降低，故此，有必要开发出低温挤压的新型高性能镁合金。虽然，低温挤压可以有效提高镁合金的强度，但是会造成较大的残余应力，降低塑性。热处理是消除残余应力，促进析出相析出，改善镁合金力学性能的有效手段。传统的时效处理析出大量第二相，形成沉淀强化，有效提升强度，然而，传统时效处理所需要的时间较长，这在很大程度上降低了镁合金实际成形过程的生产率，增加了能耗
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种镁钆钕钙锆合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的镁钆钕钙锆合金同时具有高强度和高塑性，该制备方法在有效合金化元素设计的基础上，将低温挤压和蠕变时效结合能有效缩短制备时间，降低成本。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种镁钆钕钙锆合金，以质量百分含量计，包括以下元素组分：
4、钆3～6％，钕0.5～2％，钙0.1～1.5％，锆0.2～0.8％，余量为镁。
5、本专利技术还提供了上述技术方案所述镁钆钕钙锆合金的制备方法，包括以下步骤：
6、按照上述技术方案所述镁钆钕钙锆合金的元素组成，将金属原料的合金液和精炼剂混合，在保护气下进行精炼，所得精炼合金液进行浇注，得到合金铸锭；
7、将所述合金铸锭依次进行固溶热处理和淬火，得到待挤压试样；
8、将所述待挤压试样置于挤压模具中依次进行预热和挤压，得到挤压试样；
9、所述预热的温度为300～330℃；
10、所述挤压的温度为300～330℃；
11、将所述挤压试样进行拉压循环应力蠕变时效，得到镁钆钕钙锆合金；
12、所述拉压循环应力蠕变时效的时间为0.5～16h。
13、优选的，以质量份数计，所述精炼剂包括以下组分：氯化钾49份、氯化钙24份、氯化钡14份、氯化钆6份、氟化钙5份和氯化钠2份。
14、优选的，所述保护气包括六氟化硫和二氧化碳；所述六氟化硫和二氧化碳的体积比为1:99。
15、优选的，所述金属原料的合金液的制备方法包括以下步骤：
16、将纯镁进行一段加热，得到镁液；
17、在所述镁液中加入纯钆进行二段加热，得到镁钆混合液；
18、在所述镁钆混合液中加入镁锆中间合金进行三段加热，得到镁钆锆混合液；
19、在所述镁钆锆混合液中加入镁钕中间合金和镁钙中间合金进行四段加热，得到金属原料的合金液；
20、所述一段加热、二段加热、三段加热和四段加热均在保护气下进行。
21、优选的，所述固溶热处理的温度为500～530℃，保温时间为4～8h；所述淬火用25℃水进行。
22、优选的，所述预热的保温时间为60min。
23、优选的，所述挤压的挤压比为16:1，所述挤压的速度为1mm/s。
24、优选的，所述拉压循环应力蠕变时效的温度为250℃，应力值为50～100mpa。
25、本专利技术还提供了上述技术方案所述镁钆钕钙锆合金或上述技术方案所述制备方法制备的镁钆钕钙锆合金在轻量化设备中的应用。
26、本专利技术提供了一种镁钆钕钙锆合金，以质量百分含量计，包括以下组分：钆3～6％，钕0.5～2％，钙0.1～1.5％，锆0.2～0.8％，余量为镁。本专利技术中将重稀土元素钆含量降低至6wt.％以下，通过添加少量密度更小的轻稀土元素(钕)和廉价的碱土金属元素(钙)，利用异族元素协同作用，有利于降低各元素在镁中的固溶度，结合较低温度的正挤压和短时的蠕变时效处理，促进纳米级第二相析出，析出的大量纳米级第二相均匀分布在镁基体中，促进了动态再结晶，使组织更加的细化，增强了镁合金力学性能，使镁钆钕钙锆合金同时具有高强度和高塑性。实施例结果表明，本专利技术制备的镁钆钕钙锆合金经挤压变形和蠕变时效后展现出典型的双峰组织结构(由细小的动态再结晶晶粒和沿挤压方向拉长的为动态再结晶晶粒组成)，晶粒尺寸约为1.52μm，屈服强度约为285.68mpa，伸长率约为16.56％。实现了低成本制备镁钆钕钙锆合金强度和塑性的高度平衡，有效拓展该合金系在科研领域的研发与进步，具有广阔的市场应用前景。
27、本专利技术还提供了上述镁钆钕钙锆合金的制备方法，该方法通过较低温度挤压，实现了晶粒细化的同时引入大量位错等晶体缺陷，为第二相析出提供了充足的形核位点及较高的驱动能。再结合蠕变时效，其有效地将常规时效处理与蠕变成形相结合，在时效过程中引入应力，增加位错浓度，提供第二相析出的形核位点，加速溶质原子的扩散，在晶粒不发生长大的前提下，促进大量的纳米级第二相在短时间内析出，显著缩短峰时效时间，实现固溶强化、细晶强化和orowan强化的协同作用，使镁合金的强度和塑性得到同步提升。相比于高强高稀土镁合金以及复杂而昂贵的大塑性变形技术手段，本专利技术提供的制备方法具有成本低，工艺简单，流程短等优点，大大节省了成本，有一定的经济效益与应用潜力。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种镁钆钕钙锆合金，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下元素组分：
2.权利要求1所述镁钆钕钙锆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以质量份数计，所述精炼剂包括以下组分：氯化钾49份、氯化钙24份、氯化钡14份、氯化钆6份、氟化钙5份和氯化钠2份。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气包括六氟化硫和二氧化碳；所述六氟化硫和二氧化碳的体积比为1:99。
5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属原料的合金液的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固溶热处理的温度为500～530℃，保温时间为4～8h；所述淬火用25℃水进行。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预热的保温时间为60min。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述挤压的挤压比为16:1，所述挤压的速度为1mm/s。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
10.权利要求1所述镁钆钕钙锆合金或权利要求2～9任一项所述制备方法制备的镁钆钕钙锆合金在轻量化设备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种镁钆钕钙锆合金，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下元素组分：
2.权利要求1所述镁钆钕钙锆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以质量份数计，所述精炼剂包括以下组分：氯化钾49份、氯化钙24份、氯化钡14份、氯化钆6份、氟化钙5份和氯化钠2份。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气包括六氟化硫和二氧化碳；所述六氟化硫和二氧化碳的体积比为1:99。
5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属原料的合金液的制备方法包括以下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：王红霞，申思敏，申蕾蕾，任广笑，宋蕾，郑留伟，王利飞，程伟丽，曹喜娟，王建，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。