CN108728714A - 一种vw93m超高强纳米异构镁合金制备方法 - Google Patents

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刘楚明
高永浩
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract

本发明涉及一种VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法。所述镁合金质量百分比成分为：Mg‑8.0~9.6Gd‑1.8~3.2Y‑0.3~0.7Zr‑0.02~0.5Ag‑0.02~0.3Er，将镁合金半连续铸造锭坯进行均匀化处理后挤压成棒材，将挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为100~370℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~60%，控制进料速度为3~6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，制得直径3~30mm、长1000~2000mm，晶粒尺寸30nm~2μm的纳米异构镁合金，结合后续热处理合金室温抗拉强度≥570MPa，屈服强度≥470MPa，断后伸长率≥6%。

Description

一种VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法
技术领域
本发明属于超高强镁合金制备领域，特别涉及超高强纳米异构镁合金制备方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼等优点，作为新一代轻质结构材料，其优异的减重特性对航空航天、交通运输等领域具有重要意义。然而现有镁合金力学性能偏低，难以满足航空航天等领域对于高性能材料的需求，因而提高镁合金强度、制备高强甚至超高强镁合金是镁合金研究的重要目标。纳米异构金属材料是近年来发展起来的金属材料有效的强化方法，可显著提高金属材料强度和韧性，探索制备纳米异构镁合金新技术对超高镁合金材料制备有重要意义。
发明内容
本发明在于提供一种VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法。所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0~9.6Gd-1.8~3.2Y-0.3~0.7Zr-0.02~0.5Ag-0.02~0.3Er，先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将镁合金锭坯进行均匀化热处理后挤压成棒材，然后对挤压棒材进行旋锻变形。采用此方法制得的纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，结合后续热处理合金室温抗拉强度≥570MPa，屈服强度≥470MPa，断后伸长率≥6%。
本发明VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法，包括以下具体步骤：
a．采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯；
b．将镁合金锭坯进行均匀化热处理，将均匀化处理后的坯料进行挤压变形；
c．对挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为100~370℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~60%，控制进料速度为3~6mm/min，每2道次变形后改变进料方向。
d．将所制得纳米异构镁合金进行时效热处理。
所述的旋锻变形，控制旋锻温度为100~300℃。
所述的旋锻变形，控制旋锻总变形量为10~60%。
所述的旋锻变形，控制进料速度为4~6mm/min。
本发明的优点有：
1)将挤压棒材进行旋锻变形。首先，旋锻变形可实现高的静水压应力，降低镁合金的开裂倾向，提高可实现的总变形量；其次，旋锻变形可实现高的应变速率，高应变速率可提高镁合金开裂前可累积的位错密度、高密度位错诱发镁合金内部形成纳米量级亚结构、进而形成纳米晶；再次，旋锻变形可在沿棒材直径不同部位形成不同应力场，激发不同的变形机制，形成连续变化的组织，制得纳米异构镁合金。
2)通过控制旋锻温度获得纳米异构组织。旋锻变形温度过高，合金流动性强，变形更容易深入，变形过程中发生再结晶而形成晶粒粗大的均匀变形组织。温度较低时，晶粒不易长大，形成纳米晶，同时低温下合金流动性不强，易形成异构组织。但是温度过低，旋锻变形的高应变速率以及变形的不均匀，易导致合金棒材心部内应力剧增，诱发开裂。通过大量试验探索表明，在100~370℃旋锻变形，高应变速率诱发局部形成晶粒尺寸约为30~100nm纳米晶，同时变形的不均匀使合金内部保存大量晶粒尺寸约为100nm~2μm的超细晶。
3)控制旋锻总变形量也是获得纳米异构组织的重要保障。变形量过低时，仅可在局部形成超细晶组织，难以形成纳米晶，而变形量过高则容易导致合金开裂。大量试验探索表明，旋锻总变形量在5~60%时，才可获得纳米异构组织。
4)采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，可减少夹杂、气孔、疏松、中心裂纹等缺陷。控制缺陷数量可降低其在后续变形过程中的开裂倾向、提高镁合金在旋锻变形过程中的成形性、提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米镁合金成品晶粒尺寸。采用挤压方法制备旋锻坯料，可进一步降低合金缺陷数量、减小缺陷尺寸，提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米异构镁合金成品晶粒尺寸。
具体实施方式
实施例1
a． 所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0Gd-3.0Y-0.4Zr-0.05Ag-0.03Er，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；
b． 将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；
c．将挤压棒材在125℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%，总变形量为35％，控制进料速度为4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm、成品尺寸为直径20mm、长2000mm；
d．将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。
实施例2
a．所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0Gd-3.0Y-0.4Zr-0.05Ag-0.03Er，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；
b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；
c． 将挤压棒材在250℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、10%、10%，总变形量为31％，控制进料速度为4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长2000mm；
d．将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。
实施例3
a．所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0Gd-3.0Y-0.4Zr-0.05Ag-0.03Er，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；
b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；
c．将挤压棒材在200℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%，总变形量为39％，控制进料速度为5mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为70nm~1μm、成品尺寸为直径14mm、长1000mm；
d．将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。
实施例4
a． 所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0Gd-3.0Y-0.4Zr-0.05Ag-0.03Er，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；
b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；
c．将挤压棒材在300℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%、15%，总变形量为48％，控制进料速度为6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长1500mm；
d．将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。
实施例5
a． 所述镁合金质量百分比成分为：Mg-8.0Gd-3.0Y-0.4Zr-0.05Ag-0.03Er，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；
b． 将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；
c． 将挤压棒材在300℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%、10%，总变形量为41％，控制进料速度为6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金平均晶粒尺寸为80nm~2μm、成品尺寸为直径22mm、长1500mm；
d．将旋锻棒材进行时效热处理。
根据GB/T228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。
表1 纳米异构镁合金室温抗拉力学性能
编号 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 断后伸长率/%
实施例1 593 515 7
实施例2 588 521 6
实施例3 611 551 6
实施例4 579 515 6
实施例5 575 475 8

Claims (4)

1.一种VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法，镁合金质量百分比成分为Mg-8.0~9.6Gd-1.8~3.2Y-0.3~0.7Zr-0.02~0.5Ag-0.02~0.3Er，其特征在于包括以下过程：先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将锭坯均匀化处理后挤压成棒材，对挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为100~370℃，控制道次变形量为10~20%，总变形量为5~60%，控制进料速度为3~6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，对所得纳米异构镁合金进行时效处理，合金室温抗拉强度≥570MPa，屈服强度≥470MPa，断后伸长率≥6%。
2.根据权利要求1所述VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法，其特征在于：所述旋锻变形，控制旋锻温度为100~300℃。
3.根据权利要求1所述VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法，其特征在于：所述旋锻变形，控制旋锻总变形量为10~60%。
4.根据权利要求1所述VW93M超高强纳米异构镁合金制备方法，其特征在于：所述旋锻变形，控制进料速度为4~6mm/min。
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