本发明专利技术公开铸态镁-钆-钇-钕-锆稀土镁合金构件的塑性变形方法，步骤是：(1)铸态组织均匀化处理；(2)多向锻造阶梯温度反复预变形；(3)模锻热成形；(4)模锻冷整形；(5)人工时效热处理；(6)人工时效冷处理。本发明专利技术利用多向锻造阶梯温度反复预变形细化晶粒后，大幅度提高性能，再结合热模锻和冷模锻的工艺进行成形，使成形零件各部位的组织和性能相接近，避免了采用挤压工艺时零件存在各向异性的缺点，采用较小的设备就可以成形出高强度的耐热镁-钆-钇-钕-锆(Mg-Gd-Y-Nd-Zr)镁合金零件，节省能源；解决铸造的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金晶粒粗大，成形性能低的问题，实现了Mg-Gd-Y-Nd-Zr镁合金成形与强韧化的协调统一，提高了产品性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及稀土镁合金构件的塑性变形方法，特别是铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr (镁-钆-钇-钕-锆)稀土镁合金构件的塑性变形方法。
技术介绍
镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、比刚度高、尺寸稳定的特点，也有电磁屏蔽性好以及良好的切削加工性能、充型流动性等优点。但是一般镁合金的高温强度低、耐热性差，当温度升高，特别是在573 723K时，镁合金的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件材料在航天、航空和汽车等对节能减排有迫切要求的领域中得到应用。稀土元素具有特殊的价电子结构，一些重稀土元素在镁中具有较大的固溶度，能形成有效的强化相，具有显著时效强化特性，可大幅度提高镁合金的室温和高温力学性能。因此，高性能稀土镁合金的研究成为镁合金发展的重要方向。常用的耐热镁合金系列有很多，其中Mg-RE(镁-稀土)系合金耐热性能最好。对Mg-Gd(镁-钆)系合金的研究始于20世纪80年代，研究发现含有Y(钇)和重稀土元素Gd(钆)的镁合金具有优异的力学性能、抗高温蠕变性能以及耐腐蚀性能，作为一种轻质结构材料，已经在航空航天和高性能赛车领域得到成功的应用。目前含稀土元素Y、Nd(钇、钕)的 WE43 (镁-4. O % 钇-3. 3 % 钕-O. 5 % 锆)，WE54 (镁-5. I % 钇-3. 3 % 钕-O. 5 %锆)合金是国外使用较多的耐热镁合金，其耐热温度可达350°C。Drits(多瑞特(中文音译人姓名))等提出Mg-Gd(镁-钆)系合金中添加Y能够进一步提高合金的高温性能；日本长岗技术科学大学的Anyamni(安彦武(中文音译人姓名))等于2001年试制出Mg-Gd-Y-Zr (镁-钆-钇-锆)系合金，它具有非常优秀的力学性能和高温强度，其性能明显优于WE54和WE43合金，具有广阔的应用前景。但由于加入了大量昂贵的Gd，Y等稀土元素，使其使用成本较高，若进一步提高其力学性能，则可以降低单位使用成本，合金将进一步得到推广应用。对于该系合金，一般要求热变形加工，与普通镁合金相比，耐热、高强的稀土镁合金的变形有更大的困难，挤压过程中很容易产生开裂。稀土镁合金中第二相的强、硬化效果要远远高于普通的镁合金中第二相，尤其是稀土化合物热稳定性高对变形过程中基体的塑性流变阻碍作用大。多向锻造大塑性变形能强烈细化组织，在多向锻造形变中材料随外加载荷轴向旋转变化而不断被压缩和拉长，通过反复变形达到细化晶粒、改善性能的效果，使材料力学性能得到很大提高。同时由于外加载荷轴变化使得锻件各方向变形程度和力学性能相同，避免了挤压、轧制等其它常规成形工艺通常出现的各向异性。Zherebt sov(朱尔博特.苏瑞(中文音译人姓名))等通过多向锻造工艺制备了具有均匀超细晶结构的大尺寸Ti26A124V(钛-26铝-24钒)锻坯，其力学性能优越，同时各个方向性能相当，径向和切向的强度差异在2 %以内，伸长率和断面收缩率一致。湖南大学陈振华等对AZ80 (材料牌号)镁合金进行多向反复热锻，达到了较好细化晶粒的效果，同时材料的综合力学性能得到较大提高，锻压7个道次，其材料硬度、屈服强度和抗拉强度达到最大，分别为87. 3HB、258. 78MPa和345. 04MPa,是锻前试样的I. 43倍和2倍，伸长率是锻前的2. 45倍。多向锻造技术中主要通过控制变形温度、累积应变量、道次应变量、应变速率等因素，使亚晶粒尺寸随累积应变量变化逐渐细化。并且随着累积应变量的增加，在高应变下形成具有大角度晶界的新晶粒，材料组织得到充分细化。这种变形方式对材料变形时的流变应力行为和显微组织演变有很大影响。因此，成形该类零件前，采用多向锻造工艺进行预变形，使晶粒细化，对于该类稀土含量高的镁合金构件的顺利成形至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr (镁-钆-钇-钕-锆)稀土镁合金塑性成形时所遇到的初始晶粒度大的问题，提出铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金的细晶强化的成形工艺，即铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金构件的塑性变形方法。 实现上述目的所采取的技术方案是铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr (镁-钆-钇-钕-锆)稀土镁合金构件的塑性变形方法，步骤是(I)铸态组织均匀化处理将铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金坯件置于加热炉中，在一定温度下保温一定时间以进行均匀化处理，以消除Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金组织中严重的枝晶偏析和共晶组织，提高材料的变形性；(2)多向锻造阶梯温度反复预变形将上述⑴步均匀化处理后的铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金坯件进行多道次多向锻造变形，锻造方式采用在锻造过程中载荷轴向不断旋转变化，并且随变形道次的增加，变形量逐渐减小，变形温度逐渐降低，控制总的累积应变量到一定的变形程度；(3)模锻热成形将上述(2)步预变形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件在模具中进行模锻热成形，模锻热成形的温度较上述(2)步中最后一次预变形温度降低30 50 0C ；(4)模锻冷整形将上述(3)步模锻热成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件在模具中再进行一次冷整形，一方面对工件进行形状的校正，另一方面加速过饱和固溶体的分解，进一步起到形变强化的作用；(5)人工时效热处理将上述(4)步模锻冷整形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件直接进行人工时效热处理；(6)人工时效冷处理将上述(5)步热处理后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件进行控制冷却处理，冷却温度均为时效温度以下。优选的，在实施上述(2)步之前增加一步控制冷却将上述(I)步均匀化处理后的铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金坯件先进行冷却。优选的，在实施上述(3)步之前增加一步控制冷却将上述(2)步预变形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件先进行冷却。优选的，在实施上述(4)步之前增加一步控制冷却将上述(3)步模锻热成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件先进行冷却。本专利技术突出的实质性特征和显著的效果是(I)利用多向锻造阶梯温度反复预变形细化晶粒后，大幅度提高性能，再结合热模锻和冷模锻的工艺进行成形，使成形零件各部位的组织和性能相接近，避免了采用挤压工艺时零件存在各向异性的缺点，采用较小的设备就可以成形出高强度的耐热Mg-Gd-Y-Nd-Zr镁合金零件，节省能源。(2)解决铸造的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金晶粒粗大,成形性能低的问题,实现了Mg-Gd-Y-Nd-Zr镁合金成形与强韧化的协调统一，提高了产品性能。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图I是本专利技术的铸态Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土镁合金多向锻造前的均匀化热处理曲线；图2是本专利技术的铸态Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土镁合金多向锻造阶梯温度反复预成形方法示意图； 图3-1是本专利技术的铸态Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土镁合金多向锻造前初始截面示意图；图3-2是本专利技术的铸态Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土镁合金多向锻造过程中的截面变化示意图一；图3-3是本专利技术的铸态Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Z本文档来自技高网...
【技术保护点】
铸态镁?钆?钇?钕?锆稀土镁合金构件的塑性变形方法，其特征在于：步骤是：(1)铸态组织均匀化处理：将铸态Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金坯件置于加热炉中，在一定温度下保温一定时间以进行均匀化处理，以消除Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金组织中严重的枝晶偏析和共晶组织，提高材料的变形性；(2)多向锻造阶梯温度反复预变形：将上述(1)步均匀化处理后的铸态Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金坯件进行多道次多向锻造变形，锻造方式采用在锻造过程中载荷轴向不断旋转变化，并且随变形道次的增加，变形量逐渐减小，变形温度逐渐降低，控制总的累积应变量到一定的变形程度；(3)模锻热成形：将上述(2)步预变形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金锻件在模具中进行模锻热成形，模锻热成形的温度较上述(2)步中最后一次预变形温度降低30～50℃；(4)模锻冷整形：将上述(3)步模锻热成形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金锻件在模具中再进行一次冷整形，一方面对工件进行形状的校正，另一方面加速过饱和固溶体的分解，进一步起到形变强化的作用；(5)人工时效热处理：将上述(4)步模锻冷整形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金锻件直接进行人工时效热处理；(6)人工时效冷处理：将上述(5)步热处理后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土镁合金锻件进行控制冷却处理，冷却温度均为时效温度以下。...
【技术特征摘要】
1.铸态镁-钆-钇-钕-锆稀土镁合金构件的塑性变形方法，其特征在于步骤是 (1)铸态组织均匀化处理将铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金坯件置于加热炉中，在一定温度下保温一定时间以进行均匀化处理，以消除Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金组织中严重的枝晶偏析和共晶组织，提闻材料的变形性； (2)多向锻造阶梯温度反复预变形将上述(I)步均匀化处理后的铸态Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金坯件进行多道次多向锻造变形，锻造方式采用在锻造过程中载荷轴向不断旋转变化，并且随变形道次的增加，变形量逐渐减小，变形温度逐渐降低，控制总的累积应变量到一定的变形程度； (3)模锻热成形将上述(2)步预变形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件在模具中进行模锻热成形，模锻热成形的温度较上述(2)步中最后一次预变形温度降低30 50°C ； (4)模锻冷整形将上述(3)步模锻热成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土镁合金锻件在模具中再进行一次冷整形，一方面对工件进行形状的校正，另一方面加速...
【专利技术属性】
技术研发人员：张治民，于建民，马志刚，王强，张星，杨明辉，张宝红，胡慧敏，崔亚，徐东宏，魏建中，
申请(专利权)人：中北大学，北京航天新风机械设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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