CN102839339B - 一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法 - Google Patents
一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法。合金质量百分成分为：Gd：6-13%，Y：2-6%，Zr：0.3-0.8%,其余为Mg及不可去除的杂质元素，将镁合金坯料在400-450℃进行预挤压，挤压速度为18-20mm/s，挤压比30-50；将预挤压镁合金在10-100℃进行快速冷锻造，道次变形量为1-8%，总变形量为10-40%。制得平均晶粒尺寸为40-100nm的纳米镁合金，该纳米镁合金制品尺寸为：直径1-4mm，长100-2000mm。将纳米镁合金进行力学性能测试或时效后进行力学性能测试，室温抗拉强度为610-749MPa，屈服强度为547-710MPa，断后伸长率为3.8-10%。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法。
背景技术
纳米材料由于其优异的物理性能、化学性能以及力学性能已被应用于诸多高科技领域，也渗透到生活的各个方面。镁合金是同类金属材料中比强度、比刚度最高的材料之一，具有非常好的阻尼性能、高温蠕变性能、尺寸稳定性和良好的冷热加工性能，在航空航天、汽车等领域中得到广泛应用，引起国内外学者的广泛关注。因此，将纳米技术应用到制备镁合金中将进一步提高镁合金各项性能。
目前，金属纳米材料的制备方法主要包括机械化学研磨方法、表面机械加工方法、电化学沉积法，粉末冶金法等。镁合金则多用机械化学研磨和表面机械加工制备，但机械化学研磨和表面机械加工制备得纳米镁合金尺寸小，目前没有报道显示制备出大尺寸的块体纳米镁合金并表征其室温抗拉力学性能，并且样品尺寸小，难以应用。
本发明利用挤压-快速冷锻造的方法制备出了直径1-4mm、长100-2000mm大尺寸的块体纳米镁合金，进行适当等温时效，该纳米镁合金室温抗拉强度为610-749MPa，屈服强度为547-710MPa，断后伸长率为3.8-10%。
发明内容
本发明目的在于提供一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法，并制备出大尺寸块体纳米镁合金。镁合金质量百分成分为：Gd：6-13%，Y：2-6%，Zr：0.3-0.8%, 其余为Mg及不可去除的杂质元素，先将镁合金半连续铸造锭坯进行预挤压，然后将预挤压镁合金进行快速冷锻造，形成晶粒尺寸为40-100nm的块体纳米镁合金，所得纳米镁合金制品尺寸为直径：1-4mm、长：100-2000mm，将部分纳米镁合金进行时效热处理。所得纳米镁合金室温抗拉强度为610-749MPa，屈服强度547-710MPa，断后伸长率为3.8-10%。
本发明大尺寸块体纳米镁合金制备方法，包括以下具体步骤：
a．将镁合金半连续铸造坯料进行预挤压，挤压温度为400-450℃，挤压速度为18-20mm/s，挤压比为30-50；
b．将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为10-100℃，道次变形量为1-8%，总变形量为10-40%；
c．将部分纳米镁合金制品进行时效热处理；
本发明的优点在于：
1. 采用了挤压-快速冷锻造的塑性加工方法制备出纳米镁合金。挤压-快速冷锻造方法能在低温下实现镁合金的快速冷变形，从而剧烈细化镁合金晶粒达到纳米尺寸。相较于其他纳米镁合金制备方法，挤压-快速冷锻造方法能够制备大尺寸块体纳米镁合金，并且成本更低，工艺流程简便。本发明将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为10-100℃，道次变形量为1-8%，总变形量为10-40%，制备出了直径：1-4mm、长：100-2000mm纳米镁合金制品。
2. 所得纳米镁合金强度最高达749MPa，目前尚未有报道制备出强度超过700MPa的大尺寸纳米镁合金，本专利申请制备出了大尺寸纳米镁合金，并采用实验测得该纳米镁合金室温抗拉强度达610-749MPa。
附图说明
图1为纳米镁合金微观组织（TEM明场像）；
图2为纳米镁合金制品图片。
本发明通过调节上述参数，做了大量对比实验。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明构思前提下对本发明工艺进行改进，都属于本发明的保护范围。
具体实施方式
实施例1：
将镁合金半连续铸造坯料（所述合金成分为（w%）：Gd：8%，Y：4%，Zr：0.5%, 其余为Mg及不可去除的杂质元素）进行预挤压，挤压温度为450℃，挤压速度为20mm/s，挤压比50；将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为100℃，道次变形量为1.6%，总变形量为39%；最终制得平均晶粒尺寸为50nm的纳米镁合金，该纳米镁合金制品尺寸为：直径2mm，长2000mm。将部分所得纳米镁合金进行时效热处理，根据GB/T228-2002对纳米镁合金进行力学性能测试，该纳米镁合金制品抗拉强度为：时效前647MPa，时效后749MPa；屈服强度为：时效前585MPa，时效后710MPa；断后伸长率为：时效前10%，时效后6.9%。产品微观组织（透射电镜明场像）见图1a，纳米镁合金制品图片见图2a。
实施例2：
将镁合金半连续铸造坯料（所述合金成分为（w%）：Gd：10%，Y：6%，Zr：0.4%, 其余为Mg及不可去除的杂质元素）进行预挤压，挤压温度为440℃，挤压速度为19mm/s，挤压比45；将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为75℃，道次变形量为2.9%，总变形量为30%；最终制得平均晶粒尺寸为70nm的纳米镁合金，该纳米镁合金制品尺寸为：直径2mm，长2000mm。将部分所得纳米镁合金进行时效热处理，根据GB/T228-2002对纳米镁合金进行力学性能测试，该纳米镁合金制品抗拉强度为：时效前634MPa，时效后739MPa；屈服强度为：时效前569MPa，时效后692MPa；断后伸长率为：时效前7.5%，时效后5.2%。产品微观组织（透射电镜明场像）见图1b，纳米镁合金制品图片见图2a。
实施例3：
将镁合金半连续铸造坯料（所述合金成分为（w%）：Gd：12%，Y：3%，Zr：0.7%, 其余为Mg及不可去除的杂质元素）进行预挤压，挤压温度为420℃，挤压速度为18mm/s，挤压比30；将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为60℃，道次变形量为3.6%，总变形量为25%；最终制得平均晶粒尺寸为90nm的纳米镁合金，该纳米镁合金制品尺寸为：直径3mm，长2000mm。将部分所得纳米镁合金进行时效热处理，根据GB/T228-2002对纳米镁合金进行力学性能测试，该纳米镁合金制品抗拉强度为：时效前610MPa，时效后710MPa；屈服强度为：时效前547MPa，时效后675MPa；断后伸长率为：时效前6%，时效后3.8%。产品微观组织（透射电镜明场像）见图1c，纳米镁合金制品图片见图2b。
Claims (9)
1. 一种大尺寸块体纳米镁合金制备方法，所述镁合金质量百分成分为：Gd：6-13%，Y：2-6%，Zr：0.3-0.8%, 其余为Mg及不可去除的杂质元素，其特征在于：将镁合金半连续铸造坯料进行预挤压，挤压温度为400-450℃，挤压速度为18-20mm/s，挤压比30-50；将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为10-100℃，道次变形量为1-8%，总变形量为10-40%；最终制得平均晶粒尺寸为40-100nm的纳米镁合金，该纳米镁合金制品尺寸为：直径1-4mm，长100-2000mm；将纳米镁合金进行力学性能测试或时效后进行力学性能测试，室温抗拉强度为610-749MPa，屈服强度为547-710MPa，断后伸长率为3.8-10%。
2.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法：其特征在于所述纳米镁合金制品尺寸为：直径2-3mm、长100-2000mm。
3.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法：其特征在于所述纳米镁合金晶粒尺寸为40-60nm。
4.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法：其特征在于所述纳米镁合金晶粒尺寸为61-80nm。
5.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法：其特征在于所述纳米镁合金晶粒尺寸为81-100nm。
6.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法，其特征在于：所述预挤压镁合金坯料为半连续铸造坯料，将镁合金锭坯进行预挤压变形，挤压温度为420-450 ℃，挤压速度为18-20mm/s，挤压比30-50。
7.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法，其特征在于：将预挤压镁合金进行快速冷锻造，锻造温度为60-100℃。
8.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法，其特征在于：将预挤压镁合金进行快速冷锻造，道次变形量为1.6-3.6%。
9.根据权利要求1所述大尺寸块体纳米镁合金制备方法，其特征在于：将预挤压镁合金进行快速冷锻造，总变形量为25-39%。
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