CN108707802A - 含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含长周期有序相的Mg‑Ni‑Y合金及其制备方法,该合金由以下质量百分比的组分组成:10~20wt.%的Ni,20~35wt.%的Y,余量为Mg。本发明制备出含长周期有序相的Mg‑Ni‑Y合金,其中长周期有序相的结构特征为(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB,在300~500℃下可以稳定存在;本发明制备的镁合金中长周期有序相硬度达125~135HV;采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种Mg-Ni合金及其制备方法,特别是还涉及一种稀土Mg-Ni合金及其制备方法,应用于镁合金材料技术领域。
背景技术
金属镁和镁合金是工业中最轻的金属结构材料,纯镁的密度仅仅是1.74g/cm3,是铝的2/3,铁的1/4,镁合金还拥有导热导电性好、电磁屏蔽好、阻尼减振和易于回收等一系列优点,若能大量采用镁合金来取代目前在航天航空、交通运输和民用建筑等行业中主要使用的铝合金及钢结构材料,将有效地实现轻量化的目标,缓解日益严重的能源和环境问题。
作为结构材料,普通铸造镁合金的强度不足300MPa,变形镁合金的强度不足400MPa,且100℃工作时强度急剧下降,严重限制镁合金在承载结构件上的应用。目前,合金化是提高镁合金性能主要手段,稀土元素有着净化熔体、细化组织、
力学性能和腐蚀性能的优点,已广泛应用于钢铁和有色金属中。2001年日本学者采用快速凝固粉末冶金技术开发出了Mg97Zn1Y2合金,此合金室温下屈服强度达到610MPa,延伸率达到5%,性能优异的原因是合金组织中含有长周期有序相和细晶镁,随着对长周期有序相的研究深入,发现长周期有序结构相主要存在于Mg-稀土元素-过渡金属元素的三元合金体系中,稀土元素主要是Y、Gd、Tb、Dy、Er、Ho等,过渡金属元素主要是Zn、Ni、Cu、Co等。根据长周期有序结构相(001)晶面的堆垛顺序,可以将其分为18R、14H、24R、10H等不同类型的长周期有序结构相,其中数字代表一个周期内的(001)面的数量,字母R代表长周期有序相的菱方对称性,字母H代表长周期有序相的六方对称性。当前,长周期有序相是镁合金的有效强化相之一。
CN201710211819.6公开了“一种提高含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金室温塑性的方法”,将铸态Mg-RE-Zn系合金在(480±10℃)×24h+(500±5℃)×32h的条件下进行双级均匀化热处理,随后合金随炉冷却至460~480℃保温2h±10min,得到含针状14H长周期有序相的Mg-RE-Zn系合金,此方法可将铸态合金中块状18R长周期有序相转变成针状14H长周期有序相,从而提高合金的塑性,但该镁合金因在高温下存在相转变,限制了其在高温环境下的应用。
CN201510614718.4公开了“一种铸造Mg-Zn-Y镁合金长周期结构相的调控方法”,此方法将含18R长周期有序相的Mg-Zn-Y合金放入初温180~230℃的热处理炉中,然后升温至500~530℃,保温3~20h,然后取出于60~85℃水中淬火,随后将合金放入初温300~330℃的热处理炉中,保温35~50min,然后取出于60~70℃水中淬火,在放入热处理炉中升温至175~225℃,保温1.5~60h,随炉冷却至80~100℃时,取出空冷,此方法可以消除铸造合金中的成分偏析,促使18R长周期有序相向14H长周期有序相的转变,并改善长周期有序相的分布,提高合金的综合力学性能,但该方法工艺复杂,制备成本高,高温下物相易转变,无法在高温环境下应用。
综上所述,现有利用长周期有序相提高镁合金综合力学性能的方法中,主要是采用复杂的热处理工艺,促使18R长周期有序相向14H长周期有序相的转变,存在问题有:
1.合金含量低,强度不足;
2.无法在高温环境中应用,长周期有序结构相稳定存在温度低;
3.加工工艺繁琐、生产效率低。
因此,增加合金含量提高其强度,调高镁合金高温下的稳定性,并实现简化工艺和降低制备难度,这成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法,本发明含12R长周期有序相的Mg-Ni-Y合金强度高,能在高温环境中应用稳定性好。本发明采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率,实现简化工艺、降低制备难度的问题。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:10~20wt.%的Ni,20~35wt.%的Y,余量为Mg。
作为本发明优选的技术方案,在Mg-Ni-Y合金中,Ni和Y的质量之比为(0.300~1):1。
作为本发明优选的技术方案,在Mg-Ni-Y合金中,合金各组分及其质量百分比为:13.4~20wt.%的Ni,22.2~35wt.%的Y,余量为Mg。
作为本发明优选的技术方案,在Mg-Ni-Y合金中含有12R长周期有序相,(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB。优选合金中含有12R长周期有序相主要为Mg24Y5。优选12R长周期有序相的硬度为125~135HV。优选12R长周期有序相在300~500℃能稳定存在。
一种本发明含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.备料:
按质量分数分别为20~35wt.%的Y、10~20wt.%的Ni和余量为镁的配比,进行原料称量配料;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空10~25min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02~0.03MPa,使熔炼炉通电至少2min,控制熔炼炉供电功率不低于30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到80~100kW,将熔炼炉温度升至1400~1500℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态至少5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02~0.03MPa,使熔炼炉通电至少2min,控制熔炼炉供电功率为30~50kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到80~100kW,将熔炼炉温度升至750~800℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态至少10min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到170~200℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在300~500℃进行退火处理3~40天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。在进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时,优选在375~500℃进行退火处理3~40天。在进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时,进一步优选在375~425℃进行退火处理3~40天。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明选取稀土元素Y和过渡金属元素Ni所形成的一种12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相的硬度为125~135HV,提高镁合金的强度;
2.本发明选取稀土元素Y和过渡金属元素Ni所形成的一种12R长周期有序相,12R长周期有序相能在500℃的条件下稳定存在,为镁合金在高温领域的应用的扩大实现条件;
3.本发明采用真空悬浮熔炼炉,降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的XRD图谱。
图2为本发明实施例一制备的Mg-Ni-Y合金中的12R长周期有序相的TEM图像。
图3为本发明实施例二制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的XRD图谱。
图4为本发明实施例三制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下:
实施例一
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:13.4wt.%的Ni,22.2wt.%的Y,余量为Mg。
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.备料:
按质量分数分别为13.4wt.%的Y原料、22.2wt.%的Ni原料和余量为镁原料的配比,进行原料称量配料;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空25min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到100kW,将熔炼炉温度升至1500℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为50kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到100kW,将熔炼炉温度升至800℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态10min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到200℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在375℃进行退火处理40天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
实验测试分析:
将本实施例制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金取出后,再进行物相分析测试。参见图1和图2所示,图1为本实施例制备的375℃热处理的Mg-13.4wt.%Ni-22.2wt.%Y合金的XRD图谱。图2为本实施例制备的12R长周期有序相的TEM图像。从图1和图2可知,本实施例制备的Mg-Ni-Y合金含12R长周期有序相组织,本实施例利用12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相结构如图2所示,(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB,12R长周期有序相的硬度为132HV,采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:13.4wt.%的Ni,22.2wt.%的Y,余量为Mg。本实施例含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金组分与实施例一相同,仅制备方法的工艺条件不同。
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.本步骤与实施例一相同;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空10min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到80kW,将熔炼炉温度升至1400℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为30kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到80kW,将熔炼炉温度升至750℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态10min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到170℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在425℃进行退火处理30天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
实验测试分析:
将本实施例制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金取出后,再进行物相分析测试。参见图3所示,图3为本实施例制备的425℃热处理的Mg-13.4wt.%Ni-22.2wt.%Y合金的XRD图谱。从图3可知,本实施例利用12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相的硬度为130HV,采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:13.4wt.%的Ni,22.2wt.%的Y,余量为Mg。本实施例含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金组分与实施例一相同,仅制备方法的工艺条件与前述实施例不同。
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.本步骤与实施例一相同;
b.本步骤与实施例一相同;
c.本步骤与实施例一相同;
d.本步骤与实施例一相同;
e.本步骤与实施例一相同;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在500℃进行退火处理3天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
实验测试分析:
将本实施例制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金取出后,再进行物相分析测试。参见图4所示,图4为本实施例制备的500℃热处理的Mg-13.4wt.%Ni-22.2wt.%Y合金的XRD图谱。从图4可知,本实施例利用12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相的硬度为125HV,采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:20wt.%的Ni,35wt.%的Y,余量为Mg。
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.备料:
按质量分数分别为20wt.%的Y原料、35wt.%的Ni原料和余量为镁原料的配比,进行原料称量配料;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空20min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到90kW,将熔炼炉温度升至1450℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为40kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到90kW,将熔炼炉温度升至780℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态20min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到180℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在375℃进行退火处理30天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
实验测试分析:
将本实施例制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金取出后,再进行物相分析测试。本实施例制备的Mg-Ni-Y合金含12R长周期有序相组织,本实施例利用12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相的硬度为128HV,采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,合金各组分及其质量百分比为:10wt.%的Ni,20wt.%的Y,余量为Mg。
在本实施例中,一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,包括如下步骤:
a.备料:
按质量分数分别为10wt.%的Y原料、20wt.%的Ni原料和余量为镁原料的配比,进行原料称量配料;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空20min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到90kW,将熔炼炉温度升至1450℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.03MPa,使熔炼炉通电2min,控制熔炼炉供电功率为40kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到90kW,将熔炼炉温度升至780℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态20min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到180℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在375℃进行退火处理30天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
实验测试分析:
将本实施例制备的含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金取出后,再进行物相分析测试。本实施例制备的Mg-Ni-Y合金含12R长周期有序相组织,本实施例利用12R长周期有序相强化镁合金,12R长周期有序相的硬度为132HV,采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金,直接浇铸成型,可降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
综上所述,本发明上述实施例Mg-Ni-Y合金中的12R长周期有序相在300~500℃能稳定存在。本发明上述实施例选取稀土元素Y和过渡金属元素Ni所形成的一种12R长周期有序相强化镁合金,其中长周期有序相的结构特征为(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB,12R长周期有序相主要为Mg24Y5,12R长周期有序相的硬度为125~135HV,提高镁合金的强度,12R长周期有序相可以在500℃的条件下稳定存在,为镁合金在高温领域的应用的扩大实现条件,本发明采用真空悬浮熔炼炉,直接浇铸成型,降低熔炼过程中的夹杂物的产生,提高合金成分的均匀性,减少后续均匀化处理的过程,节约能源,提高生产效率。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:合金各组分及其质量百分比为:10~20wt.%的Ni,20~35wt.%的Y,余量为Mg。
2.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:在Mg-Ni-Y合金中,Ni和Y的质量之比为(0.300~1):1。
3.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:合金各组分及其质量百分比为:13.4~20wt.%的Ni,22.2~35wt.%的Y,余量为Mg。
4.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:合金中含有12R长周期有序相,(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB。
5.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:合金中含有12R长周期有序相主要为Mg24Y5。
6.根据权利要求4所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:12R长周期有序相的硬度为125~135HV。
7.根据权利要求4所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金,其特征在于:12R长周期有序相在300~500℃能稳定存在。
8.一种权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.备料:
按质量分数分别为20~35wt.%的Y、10~20wt.%的Ni和余量为镁的配比,进行原料称量配料;
b.对熔炼炉抽真空:
采用真空悬浮熔炼炉,将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中,对熔炼炉抽真空10~25min,直至真空度达到10-4Pa;
c.熔炼Ni-Y中间合金:
在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后,向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02~0.03MPa,使熔炼炉通电至少2min,控制熔炼炉供电功率不低于30kW,预热原料Y和原料Ni,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高熔炼炉供电功率到80~100kW,将熔炼炉温度升至1400~1500℃,直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体,维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态,并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态至少5min,然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固,得到Ni-Y中间合金;
d.熔炼Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中,然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02~0.03MPa,使熔炼炉通电至少2min,控制熔炼炉供电功率为30~50kW,预热Ni-Y中间合金和原料Mg,促进排气,防止飞溅;然后采用悬浮熔炼工艺,提高提高熔炼炉供电功率到80~100kW,将熔炼炉温度升至750~800℃,直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体,使合金熔体保持熔融状态至少10min,使合金熔体成分均匀化;
e.铸造Mg-Ni-Y合金:
将浇铸用钢制模具预先加热到170~200℃,然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣,并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭;
f.热处理Mg-Ni-Y合金:
将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理,在300~500℃进行退火处理3~40天,然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理,从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。
9.根据权利要求8所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:在所述步骤f中,进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时,在375~500℃进行退火处理3~40天。
10.根据权利要求9所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:在所述步骤f中,进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时,在375~425℃进行退火处理3~40天。
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