CN110923534B - 一种特殊挤压棒材织构的镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特殊挤压棒材织构的镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。该镁合金的各组分及其质量百分比含量为：Gd或Dy13～18％；Nd为0～5％；Zr为0～1％；余量为Mg，该镁合金的制备方法是将制备好的坯锭在500～550℃下固溶处理8～16小时，水淬；再将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理在电磁感应加热炉内加热，最后将所得预处理样品进行在400～460℃下反挤压，由于大量稀土固溶原子，大大改变镁合金棒材的挤压织构，主要呈
Figure DDA0002271920740000011
织构，本发明工艺设计简单，操作过程容易实现，克服了镁合金棒材力学各向异性的行为，适于大规模工业化生产。

Description

一种特殊挤压棒材织构的镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金材料技术领域，具体公开一种特殊挤压棒材织构的镁合金及其制备方法。
背景技术
近年来，我国航天、航空事业高速发展，为了尽可能轻量化，结构设计时不断应用高性能轻质材料和先进制造工艺，材料、工艺与航天飞行器轻量化结构在相互推动下不断发展。作为目前可应用的最轻的金属结构材料，镁合金在航空航天领域具有广阔的发展前景。在过去数十年内，不断开发出高强度，高抗蠕变等高性能的镁合金，使其应用范围大大扩展。
从成形方式上区分可以将镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金，变形镁合金通过塑性变形来细化晶粒、改善铸造缺陷，从而获得比铸造镁合金材料更高的强度、更好的延展性和优良的综合性能，但是通过变形，多晶材料的晶粒会倾向某个特定的方向转动，即形成特定的织构。大量研究表明镁合金塑性变形后会形成明显的(0002)基面织构，这种织构的镁合金挤压材料存在严重的各向异性，其拉伸/压缩屈服强度相差很大。通过添加稀土元素可以弱化镁合金织构或改变镁合金织构，典型的稀土镁合金挤压织构为(0002)基面与挤压方向呈30～60°，但是该挤压织构镁合金轴向受力易发生基面滑移，降低材料的屈服强度。
发明内容
本发明的目的是克服现有镁合金棒材因具有较强基面织构而拉伸和压缩屈服强度相差巨大的问题，提供一种材料设计合理、操作简单、利用反挤压法制备一种新型镁合金挤压棒材织构及其制备方法，实现改善镁合金棒材拉伸、压缩不对称性的目的。
本发明技术方案如下：
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd或Dy为13～18％；Nd为0～5％；Zr为0～1％；余量为Mg。
作为优选：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：18％、Nd：5％、Zr：1％、余量为Mg。
作为优选：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：15％、Nd：2％、Zr：1％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述金属含量，将制备好的坯锭进行固溶处理，水淬；
S2、将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在加热炉内加热至指定温度；
S3、将所得预处理样品进行反挤压，冷却，即获得一种特殊镁合金棒材织构。
优选地，所述步骤S1中固溶处理温度为500～550℃，时间为8～16小时。
优选地，所述步骤S2中加热温度为400～460℃。
优选地，所述步骤S3中挤压速度为0.1～1.0m/s，挤压比为1：30～80，挤压温度为400～450℃。
优选地，所述步骤S3的冷却采用空气中自然冷却的方式。
有益效果：
采用本发明的稀土镁合金挤压变形后的棒材，具有和其他镁合金不同的挤压织构，通过添加稀土元素，经过反向挤压工艺塑性成形工艺，导致织构巨大变化，大大改善镁合金各向异性的特点，得到一种
Figure BDA0002271920720000021
特殊镁合金棒材织构，提高了材料力学性能，为变形镁合金设计提供一种新思路，本发明工艺设计合理、工艺简单，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中Mg-15％Gd的稀土镁合金固溶处理后的光学组织；
图2为本发明实施例1中Mg-15％Gd的稀土镁合金挤压变形后，垂直于挤压方向的光学组织；
图3为本发明实施例1中Mg-15％Gd的稀土镁合金挤压棒材的初始
Figure BDA0002271920720000032
Figure BDA0002271920720000031
和(0001)极图；
图4为本发明实施例1中Mg-15％Gd的稀土镁合金挤压棒材拉伸和压缩应力-应变曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd或Dy为13～18％；Nd为0～5％；Zr为0～1％；余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照上述金属含量，将制备好的坯锭进行固溶处理，水淬；
S2、将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在加热炉内加热至指定温度；
S3、将所得预处理样品进行反挤压，冷却，即获得一种特殊镁合金棒材织构。
优选地，所述步骤S1中固溶处理温度为500～550℃，时间为8～16小时。
优选地，所述步骤S2中加热温度为400～460℃。
优选地，所述步骤S3中挤压速度为0.1～1.0m/s，挤压温度为400～450℃。
优选地，所述步骤S3中的挤压比为1：30～80，挤压比如果小于1:30，则无法形成特定织构，挤压比超过1:80，挤压过程可能会无法进行。
优选地，所述步骤S3的冷却采用空气中自然冷却的方式。
实施例1
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：13％；余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在530℃下固溶处理8小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.6m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
由图1和图2知，经挤压后镁合金板材的晶粒细化由500μm至30μm以下，由图3知，该合金织构呈明显(0002)面垂直于挤压方向(ED)，即强
Figure BDA0002271920720000041
织构，由图4知，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
实施例2
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：18％、Nd：5％、Zr：1％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在530℃下固溶处理16小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.8m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
经挤压后镁合金板材的晶粒细化由200μm至30μm以下，该合金织构呈(0002)面垂直于挤压方向(ED)，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
实施例3
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：13％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在550℃下固溶处理8小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.8m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
经挤压后镁合金板材的晶粒细化由400μm至30μm以下，该合金织构呈(0002)面垂直于挤压方向(ED)，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
实施例4
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：18％、Nd：5％、Zr：1％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在550℃下固溶处理16小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.8m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
经挤压后镁合金板材的晶粒细化由200μm至20μm以下，该合金织构呈(0002)面垂直于挤压方向(ED)，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
实施例5
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：17％、Nd：1％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在550℃下固溶处理8小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.8m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
经挤压后镁合金板材的晶粒细化由400μm至30μm以下，该合金织构呈(0002)面垂直于挤压方向(ED)，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
实施例6
一种特殊挤压棒材织构的镁合金，该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：15％、Nd：2％、Zr：1％、余量为Mg。
一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将制备好的原始坯锭在550℃下固溶处理16小时，水淬；
(2)将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在电磁感应加热炉内加热，电磁感应加热温度为440℃；
(3)将预处理后坯锭进行反挤压，挤压温度为450℃，挤压速率为0.8m/s，挤压比为1:60，在空气中自然冷却。
经挤压后镁合金板材的晶粒细化由200μm至30μm以下，该合金织构呈(0002)面垂直于挤压方向(ED)，力学测试结果其拉伸和压缩屈服强度非常接近，镁合金各向力学的异性大大改善。
表1：实施例1-6中的镁合金配方含量
Gd Dy Nd Zr Mg
实施例1 13％ 0 0 0 余量
实施例2 18％ 0 5％ 1％ 余量
实施例3 0 13％ 0％ 0％ 余量
实施例4 0 18％ 5％ 1 余量
实施例5 17％ 0 1％ 0 余量
实施例6 0 15％ 2％ 1％ 余量
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种
Figure FDA0003010039710000011
特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd或Dy 13～18％；Nd为0～5％；Zr为0～1％；余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：13％；余量为Mg。
3.根据权利要求1所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：18％、Nd：5％、Zr：1％、余量为Mg。
4.根据权利要求1所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：18％、Nd：5％、Zr：1％、余量为Mg。
5.根据权利要求1所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Dy：15％、Nd：2％、Zr：1％、余量为Mg。
6.根据权利要求1所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金，其特征在于：该镁合金中各组分及其质量百分比含量为：Gd：17％、Nd：1％、余量为Mg。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按照上述金属含量，将制备好的坯锭进行固溶处理，水淬；
S2、将固溶处理后的坯锭进行挤压预处理，在加热炉内加热至指定温度；
S3、将所得预处理样品进行反挤压，冷却，即获得一种特殊镁合金棒材织构。
8.根据权利要求7所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中固溶处理温度为500～550℃，时间为8～16小时。
9.根据权利要求7所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中加热温度为400～460℃。
10.根据权利要求7所述的一种特殊挤压棒材织构的镁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中挤压速度为0.1～1.0m/s，挤压比为1：30～80，挤压温度为400～450℃。
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