CN104611655B - 一种适用于Mg‑Gd‑Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种适用于Mg‑Gd‑Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法。具体步骤为：均匀化(根据尺寸分为一次均匀化和阶段均匀化)→降温→变形→升温固溶→后续加工，经过工艺处理后，合金的强度大幅度提高，晶粒尺寸明显减小，同时弱化了织构。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于Mg-Gd-Y系镁合金的加工方法，属于工业用镁合金的范畴。其中的Mg-Gd-Y系合金主要是指Gd-Y元素作为主要合金元素，另外添加了其他少量的合金元素，其中Gd-Y元素的质量百分比为其他合金元素(除镁外)总和的5～20倍之间。
背景技术
Mg-Gd-Y系合金作为最具发展前景的镁合金系之一，受到国内外研究学者的追捧，由于其具有良好的成形性能以及优异的力学性能，被认为是在某些特殊情况下可被应用的高性能镁合金。目前航空航天领域关于镁合金的应用还处于蓬勃发展阶段，将大型镁合金结构件应用于宇航器件可以有效减轻重量，提高飞行器的装载能力。关于镁合金结构件的制备方法主要有铸造和变形两种，镁合金铸造性能极佳，因此是目前镁合金成形的主要手段，但由于铸造缺陷时常存在，铸造构件不能作为大型高承力构件来使用，而相比之下，变形合金具有更加优异和多样的力学性能，是被认为有效扩大镁合金应用的有效途径。
镁合金具有密排六方结构，室温下难于变形，必须进行高温变形，由于镁合金热熔较小，变形过程中很难保证温度的一致性，因此加快变形过程是非常必要的。镁合金在高温变形过程中会发生动态再结晶，细化晶粒，稳定化组织，特别是可以消除铸造缺陷，因此控制动态再结晶过程是镁合金变形的难点及重点。
研究表明合金中的第二相颗粒可以诱导再结晶的发生，有效提高合金的再结晶速度，因此发展了PSN理论，目前关于该理论的研究和应用均有待提高，特别是在镁合金中，主要在于镁合金容易发生再结晶，Hall-Petch关系中K值是铝合金的3-4倍，对提高合金的性能大有裨益。另外，Mg-Gd-Y系合金的主要合金元素为Gd及Y，另外添加了少量的其他合金元素，Gd-Y在镁合金中的固溶度较大，可产生固溶时效强化效果，目前，将变温处理、固溶时效及合金变形相结合，在镁合金中的应用较少。
发明内容
本发明是提供一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，为变形镁合金制备提供一条新途径。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，其中h代表“小时”：
一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，该方法包括下述步骤：
(1)、对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)、将Mg-Gd-Y系合金的铸锭由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)、将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的坯料升温至530-550℃，保温4-20h，进行固溶处理；
(5)、进行后续加工。
另一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，该方法包括下述步骤：
(1)、对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)、将Mg-Gd-Y系合金的锭坯由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)、将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h，进行固溶处理；
(5)、将固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(6)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理；
(7)、进行后续加工。
再有一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，该方法包括下述步骤：
(1)、对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)、将Mg-Gd-Y系合金的锭坯由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)、将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h， 进行固溶处理；
(5)、将固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(6)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理；
(7)、将再次变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h，进行二次固溶处理；
(8)、将二次固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(9)、将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行三次变形处理；
(10)、进行后续加工。
在上述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，在步骤(1)对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理过程中，在Mg-Gd-Y系合金的锭坯直径尺寸小于400mm情况下，采用一步均匀化处理：将Mg-Gd-Y系合金的铸锭加热到530-550℃，保温12-48h；在Mg-Gd-Y系合金的锭坯直径尺寸≥400mm情况下，采用分段均匀化处理：将Mg-Gd-Y系合金铸锭加热到400-430℃，保温6-12h；然后升温至480-520℃，保温6-12h；继续升温至530-550℃，保温12-48h。
在上述的三种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，在后续加工步骤中，将变形处理或固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯马上淬火水冷，采用预变形法消除残余应力，其中包括拉伸及压缩，总变形量控制在1-5体积％，之后Mg-Gd-Y系合金的锭坯在180-250℃下进行时效，时间为6-30h。
在上述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，在步骤(3)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
在上述的后两种的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，在步骤(6)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
在上述的的最后的一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，在步骤(9)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行三次变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
在上述的三种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中，可以是一次降温变形处理，也可以是两次降温变形处理，还可以是三次降温变形处理，即采用三种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法中的任一种方法；降温变形处理次数越多，变形析出相越彻底；具体的变形次数与固溶次数将根据实际需要进行，但不少于一次降温变形，即采用最前一种的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法。
本发明优点：
本发明是通过预置变形析出相，利用其对位错的阻碍作用进而提高合金的再结晶能力，通过本发明的实施，可以有效解决Mg-Gd-Y系合金变形不彻底的难题，特别是针对大型镁合金铸锭而言，该方法具有简单、可操作的优点。
附图说明
图1为最后的一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法。
具体实施方式
1、根据铸锭尺寸大小分别进行合金均匀化处理。
(1)当铸锭直径尺寸小于400mm时，采用一步均匀化处理。将Mg-Gd-Y系合金加热到530-550℃之间，保温12-48h。
(2)当铸锭直径尺寸≥400mm时，采用分段均匀化处理。将Mg-Gd-Y系合金铸锭加热到400-430℃，保温6-12h；然后升温至480-520℃之间，保温6-12h；继续升温至530-550℃之间，保温12-48h。
2、合金降温处理。
将Mg-Gd-Y系合金温度降到500-520℃，保温8-12h。
3、合金变形
Mg-Gd-Y系合金变形方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
4、合金升温固溶
将Mg-Gd-Y系合金升温至530-550℃，保温4-20h。
5、合金降温处理
将Mg-Gd-Y系合金降温500-520℃，保温8-12h。
6、合金变形
将合金进行再次变形，变形方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
如此下去，直至完成最终塑性变形，具体的变形次数与固溶次数将根据实际需要进行，但不少于一次降温变形。具体实施过程如图1所示。如图1所示，图1为最后的一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，即三次变形处 理和两次固溶处理；并根据铸锭直径尺寸小于400mm或大于等于400mm，采用一步均匀化处理或采用分段均匀化处理；最后的淬火、预拉伸和时效为后续加工方法。
7、后续加工方法
将变形或固溶后的合金马上淬火水冷，采用预变形法消除残余应力，其中包括拉伸及压缩，总变形量控制在1-5体积％。之后合金在180-250℃下进行时效，时间为6-30h。
上述的“铸锭”、“坯料”，意思一样，一般也叫锭坯。
实施例1直径为500mm的Mg-7Gd-5Y-1.5Nd-0.6Zr合金变形及后续加工方法
均匀化处理：合金铸锭加热到420℃，保温6h；然后升温至500℃，保温10h；继续升温至540℃之间，保温40h。合金降温处理：将合金温度降到500℃，保温8h。合金变形：变形方式为三向锻造后直接挤压。合金升温固溶：将合金升温至530℃，保温10h。合金降温处理：将合金降温520℃，保温8h。合金变形：将合金进行再次变形，变形方式为轧制。后续加工方法：将轧制后的板材马上合金淬火水冷，将板材预拉伸2体积％用以消除残余应力，之后合金在220℃下进行时效，时间为8h。
本发明的实施，可以有效提高合金的再结晶能力，变形后的晶粒尺寸为5-8μm，断裂强度最高达到480MPa.
实施例2直径为200mm的Mg-8Gd-3Y-1Zn-0.6Zr合金变形及后续加工方法
均匀化处理：将合金加热到530℃，保温24h。合金降温处理：将合金温度降到500℃，保温10h。合金变形：合金变形方式为挤压后轧制。合金升温固溶：合金升温至530℃，保温4h。合金降温处理：将Mg-Gd-Y系合金降温500℃，保温10h。合金继续变形：变形方式为轧制。后续加工方法：将变形后的马上合金淬火水冷，预拉伸3％消除残余应力，之后合金在225℃下进行时效，时间为24h。
本发明的实施，可以有效提高合金的再结晶能力，变形后的晶粒尺寸为5-10μm，断裂强度最高达到470MPa，织构明显弱化.
实施例3直径为300mm的Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金变形及后续加工方法
均匀化处理：将合金加热到535℃保温36h。合金降温处理：将合金温度降到520℃，保温12h。合金变形：变形方式为挤压后轧制。合金升温固溶：合金升温至530℃，保温4h。后续加工方法：将固溶后的合金马上淬火水冷，预拉伸2％消除残余应力，之后合金在240℃下进行时效，时间为18h。
本发明的实施，可以有效提高合金强度弱化合金织构。
实施例4直径为200mm的Mg-12Gd-2Y-1.5MM-0.6Zr合金变形及后续加工方法。
均匀化处理：合金加热到535℃之间，保温28h。合金降温处理：将合金温度降 到500℃，保温8h。合金变形：合金变形方式为挤压。合金升温固溶：将合金升温至540℃，保温16h。合金再次降温处理：将合金再次降温500℃，保温8h。合金变形：将合金进行再次变形，变形方式为锻造。合金二次升温固溶：将合金升温至540℃，保温8h。合金三次降温处理：将合金再次降温500℃，保温10h。合金变形：变形方式为轧制。后续加工方法：将变形后的马上合金淬火水冷，预拉伸3％消除残余应力，之后合金在210℃下进行时效，时间为28h。
本发明的实施，可以有效提高合金的再结晶能力，变形后的晶粒尺寸为3-5μm，断裂强度最高达到520MPa，织构明显弱化.
实施例5直径为600mm的Mg-9Gd-2Y-1.5MM-0.6Zr合金变形及后续加工方法
合金均匀化处理：将合金铸锭加热到420℃，保温7h；然后升温至480℃，保温6h；继续升温至530℃之间，保温14h。合金降温处理。将合金温度降到520℃，保温11h。合金变形：变形方式为锻造后轧制。合金升温固溶：将合金升温至540℃，保温16h。合金降温处理：将合金降温500℃，保温10h。合金再次变形：变形方式为锻造。后续加工方法：将变形后合金的马上淬火水冷，采用压缩变形1％消除残余应力，之后合金在200℃下进行时效，时间为10h。
本发明的实施，可以有效提高合金的再结晶能力，变形后的晶粒尺寸为3-6μm，断裂强度最高达到500MPa，织构明显弱化。
Claims (7)
1.一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)将Mg-Gd-Y系合金的铸锭由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的坯料升温至530-550℃，保温4-20h，进行固溶处理；
(5)进行后续加工，将变形处理或固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯马上淬火水冷，采用预变形法消除残余应力，其中包括拉伸及压缩，总变形量控制在1-5体积％，之后Mg-Gd-Y系合金的锭坯在180-250℃下进行时效，时间为6-30h。
2.一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)将Mg-Gd-Y系合金的锭坯由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h，进行固溶处理；
(5)将固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(6)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理；
(7)进行后续加工，将变形处理或固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯马上淬火水冷，采用预变形法消除残余应力，其中包括拉伸及压缩，总变形量控制在1-5体积％，之后Mg-Gd-Y系合金的锭坯在180-250℃下进行时效，时间为6-30h。
3.一种适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理，均匀化处理后继续升温，在530-550℃条件下进行保温；
(2)将Mg-Gd-Y系合金的锭坯由530-550℃降到500-520℃，保温8-12h，进行降温处理；
(3)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理；
(4)将变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h，进行固溶处理；
(5)将固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(6)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理；
(7)将再次变形处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯升温至530-550℃，保温4-20h，进行二次固溶处理；
(8)将二次固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯降温至500-520℃，保温8-12h进行降温处理；
(9)将降温处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行三次变形处理；
(10)进行后续加工，将变形处理或固溶处理后的Mg-Gd-Y系合金的锭坯马上淬火水冷，采用预变形法消除残余应力，其中包括拉伸及压缩，总变形量控制在1-5体积％，之后Mg-Gd-Y系合金的锭坯在180-250℃下进行时效，时间为6-30h。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，在步骤(1)对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行合金均匀化处理过程中，在Mg-Gd-Y系合金的锭坯直径尺寸小于400mm情况下，采用一步均匀化处理：将Mg-Gd-Y系合金的铸锭加热到530-550℃，保温12-48h；在Mg-Gd-Y系合金的锭坯直径尺寸≥400mm情况下，采用分段均匀化处理：将Mg-Gd-Y系合金铸锭加热到400-430℃，保温6-12h；然后升温至480-520℃，保温6-12h；继续升温至530-550℃，保温12-48h。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，在步骤(3)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
6.根据权利要求2或3所述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，在步骤(6)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行再次变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
7.根据权利要求3所述的适用于Mg-Gd-Y系合金的变温变形工艺及后续加工方法，其特征在于，在步骤(9)中的对Mg-Gd-Y系合金的锭坯进行三次变形处理，变形处理方式为挤压、锻造和轧制中的一种或几种任意组合。
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