CN104726804A - 一种新型高塑性稀土镁合金制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种高塑性稀土镁合金制备工艺，该工艺在等通道挤压前进行预处理，预处理工艺：500℃下固溶2h，然后淬火处理。挤压温度为390℃，挤压路径为Bc(挤压相邻道次间按顺时针旋转90°)，挤压速度10mm/s，挤压道次：1-6道次。等通道角挤压前对挤压试样进行预热，预热工艺：390℃下保温25min。结果表明挤压3道次时获得双峰晶粒分布，试样的强度和塑性兼优。呈双峰晶粒尺寸分布的合金大晶粒和小晶粒协调变形，塑性得到明显改善。双峰晶粒尺寸大小晶粒的比例可以调控，通过挤压工艺调控大小晶粒的比例，获得最佳的大小晶粒比例，在此工艺下下有最佳的协调变形能力和强化效应。

Description

一种新型高塑性稀土镁合金制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料及加工技术领域，涉及一种新型高塑性镁合金制备工艺。 

背景技术

镁合金是工程材料中最轻的金属结构材料，以其优异的性能而受到越来越广泛的关注。在实用材料中密度低、比强度和比刚度很高、而且阻尼性好、切削加工性好、导电导热性好、在航空、航天、汽车和通讯行业备受青睐，具有良好的工业应用前景。然而，镁合金是密排六方结构，导致镁合金滑移系少，室温下塑性变形能力差，强度低，制约了镁合金在工业领域的广泛应用。 

为了提高镁合金的强度和塑性，人们采用细化晶粒来调控镁合金的强度和塑性，在一定的范围内细化晶粒可以提高合金的强度和塑性，但当晶粒细化到一定程度(纳米尺度)以后由于晶粒中可动位错数量减少，导致加工硬化能力下降，反而不利于强度的提升。具有双峰晶粒(超细晶粒和大晶粒同时出现)分布的微观组织能兼具粗晶的加工硬化和细晶的协调变形能力，使合金的强度和塑性得到大幅度改善。我们研究发现在稀土镁合金等通道角挤压过程中，合理的控制的挤压温度，挤压速率，可以获得具有双峰晶粒分布的稀土镁合金，并且具有双峰晶粒分布的稀土镁合金综合性能要优于具有超细晶相同状态的合金。本发明可以提供一种改善稀土合金塑性的新途径，通过控制挤压工艺获得双峰晶粒分布的稀土镁合金，提高合金协调变形能力，从而获得强度和塑性兼优的稀土镁合金合金。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：1.合金在细化过程中，由于晶界强化效应，细化晶粒提高强度的同时塑性降低；2.当晶粒细化到一定程度(纳米尺度)以后由于晶粒中可动位错数量减少，导致加工硬化能力下降，反而不利于强度的提升。 

本发明提供的技术方案是，提供一种稀土镁合金等同道角挤压工艺，在这种挤压工艺下，可以获得晶粒双峰分布的合金。 

以Mg-10Gd-3Y-0.4Zr稀土镁合金为例， GW103镁合金合金成分(质量分数)：Gd：10%；Y：3%；Zr：0.4%，其余为镁。 

获得双峰晶粒分布的等通道挤压工艺如下： 

等通道挤压前对该合金进行预处理，预处理工艺：500℃下固溶2h，然后进行淬火处理。挤压温度为390℃，挤压路径为Bc(挤压相邻道次间按顺时针旋转90°，挤压一次为一个道次)，挤压速度10mm/s，挤压道次：1-6道次。由于等通道挤压要在高温下进行，要对试样进行预热处理，预热工艺：放在390℃下保温25min。

采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90℃，挤压试样尺寸为：12mmx12mmx90mm，试样切好后，表面磨光。模具采用包围模具的加热圈进行加热，用温控仪控制模具温度，刚开始预设定模具加热温度为390℃。试样在液压机旁边的保温炉内加热，保温炉温度设为390℃。保温炉温度到达预设温度后，试样表面涂一层石墨润滑剂，减少试样与模具之间的摩擦，试样放进保温炉中进行加热。根据多次实验发现：试样在炉子中放25分钟试样温度能升温到390℃，所以在炉子中放置时间定为25min。25min后试样和模具温度都达到预设温度，用夹子把试样从保温炉中取出放进模具中进行挤压，挤压速度设为10mm/s，挤压一个道次后，取出试样，沿顺时针旋转90°，然后放在模具中进行第二道次挤压，依次类推，每道次之间试样沿顺时针旋转90°，完成GW103稀土镁合金1—6道次的挤压。挤压第3道次后试样晶粒尺寸呈双峰分布，小晶粒尺寸3—5μm，占面积分数40%，大晶粒晶粒尺寸30-50μm，占面积分数60%，屈服强度239MPa，延伸率16%。挤压6道次后再结晶发生完全，都是再结晶小颗粒，晶粒平均尺寸4.8μm。屈服强度205MPa，延伸率12.5%。 

本发明得到的有益效果：呈双峰晶粒分布的稀土镁合金相对细晶镁合金延伸率提高23%，屈服强度提高11.5%。 

本发明优点：呈双峰晶粒尺寸分布的合金具有兼优的强度和塑性，大晶粒附近分布超细晶粒可以协调变形，在小晶粒和大晶粒界面容易产生微裂纹，但是微裂纹在大晶粒内扩展时被钝化，能量被吸收，减缓了裂纹的扩展速度，从而提高了合金塑性。双峰晶粒尺寸大小晶粒的比例可以调控，通过挤压工艺调控大小晶粒的比例，获得最佳的大小晶粒比例，在此比例下有最佳的协调变形效应和强化效应。本发明提供了一种改善稀土镁合金塑性的新途径。 

附图说明：

图1是实施案例中挤压试样的原始状体金相图，颗粒尺寸25um。

图2是挤压试样经过3道次挤压后金相图，小晶粒尺寸3—5μm，占面积分数40%，大晶粒晶粒尺寸30-50μm，占面积分数60%。 

图3是试样经过6道次挤压后金相图，晶粒尺寸比较均匀，平均晶粒尺寸4.8μm。 

图4是试样原始状态，挤压1道次、6道次后的应力应变曲线。 

具体实施方式：

实施例1：

采用原材料为Mg-10Gd-3Y-0.4Zr， GW103镁合金合金成分(质量分数)：Gd：10%；Y：3%；Zr：0.4%，其余为镁。

等通道挤压前对该合金进行预处理，预处理工艺：500℃下固溶2h，然后进行淬火处理，预处理后金相组织如图1所示。挤压温度为390℃，挤压路径为Bc(挤压相邻道次间按顺时针旋转90°，挤压一次为一个道次)，挤压速度10mm/s，挤压道次：1-6道次。由于等通道挤压要在高温下进行，要对试样进行预热处理，预热工艺：放在390℃下保温25min。 

采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90℃，挤压试样尺寸为：12mmx12mmx90mm，试样切好后，表面磨光。模具采用包围模具的加热圈进行加热，用温控仪控制模具温度，刚开始预设定模具加热温度为390℃。试样在液压机旁边的保温炉内加热，保温炉温度设为390℃。保温炉温度到达预设温度后，试样表面涂一层石墨润滑剂，减少试样与模具之间的摩擦，试样放进保温炉中进行加热。根据多次实验发现：试样在炉子中放25分钟试样温度能升温到390℃，所以在炉子中放置时间定为25min。25min后试样和模具温度都达到预设温度，用夹子把试样从保温炉中取出放进模具中进行挤压，挤压速度设为10mm/s，挤压一个道次后，取出试样，沿顺时针旋转90°，然后放在模具中进行第二道次挤压，依次类推，每道次之间试样沿顺时针旋转90°，完成GW103稀土镁合金1—6道次的挤压。挤压第3道次后试样晶粒尺寸呈双峰分布，小晶粒尺寸3—5μm，占面积分数40%，大晶粒晶粒尺寸30-50μm，如图2所示占面积分数60%，屈服强度239MPa，延伸率16%。挤压6道次后再结晶发生完全，都是再结晶小颗粒，晶粒平均尺寸4.8μm、如图3所示，屈服强度205MPa，延伸率12.5%，如图4所示。 

本发明得到的有益效果：呈双峰晶粒分布的稀土镁合金相对细晶镁合金延伸率提高23%，屈服强度提高11.5%。 

Claims (2)

1.一种新型高塑性稀土镁合金制备，其特征在于具体包括以下步骤：（1）等通道挤压前对该合金进行预处理，预处理工艺：500℃下固溶2h，然后进行淬火处理；（2）模具采用的是等通道角挤压模具，由于稀土镁合金等通道挤压要在高温下进行，要对试样进行预热处理，预热工艺：放在390℃下保温25min；（3）挤压速度10mm/s，挤压道次：1-6道次，挤压温度为390℃，挤压路径为Bc(挤压相邻道次间按顺时针旋转90°，挤压一次为一个道次；（4）挤压3个道次后试样晶粒尺寸呈双峰分布，获得双峰分布组织，性能和塑性兼优；

2.如权利要求1所述的制备方法，其中步骤（1）所述试样等同道角实验前预处理工艺温度为500℃，固溶时间2h；其中步骤（2）所述试样等通道挤压预热工艺：390℃，保温25min；步骤二所述的模具为等通道挤压模具，挤压工艺为等通道角挤压工艺；其中步骤（3）所述的Bc路线是相邻道次之间，试样沿顺时针旋转90°；步骤（3）所述挤压速度为10mm/s，挤压温度为390℃；其中步骤（4）所述挤压3个道次后获得晶粒尺寸双峰分布的组织，试样力学强度和塑性兼优。