CN113943881A

CN113943881A - 一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN113943881A
Application number: CN202111015200.0A
Authority: CN
Inventors: 王煜烨; 周海涛; 王世伟; 康靓; 姚斐; 侯湘武; 肖旅
Original assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Current assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2041-08-31
Also published as: CN113943881B

Abstract

本发明提供了一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法，属于镁合金技术领域，该镁合金成分包含稀土元素Gd和Zn元素，Zr元素或Mn元素其中一种，还可以包含稀土元素Y、Ho、Sc中至少一种，对该镁合金铸锭进行固溶处理后进行热挤压或单向锻造，塑性变形后不需进行后续时效处理，即可得到所述的耐高温高强度阻尼镁合金。该镁合金及制备方法基于镁合金位错钉扎‑脱钉阻尼机制，通过小变形量的热塑性加工，在Mg‑Gd‑Zn稀土镁合金体系与不完全动态再结晶的协同作用下，形成包含LPSO相的大晶粒与再结晶细小晶粒的双峰组织，通过添加稀土提升耐高温性、双峰组织提升强韧性与保留大晶粒提升阻尼性实现了镁合金强韧性与阻尼减振性的较好匹配。

Description

一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于镁合金材料技术领域，特别涉及一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法。

背景技术

减振降噪材料是当今先进制造业中的重要功能材料，工业装备及精密仪器等产品在大部分工作环境下都将经受振动的作用，而振动和噪声时常会造成运行中发生故障甚至失效。随着我国装备制造、航空航天等领域向先进制造业迈进，各类产品要求的材料在满足结构轻量化、构件力学性能优良的同时，对设备精确稳定运行、构件抗疲劳、延长工作寿命等方面提出了更高要求，迫切需求轻质高强与高阻尼减振性能兼具的并能应对复杂工况的结构材料。而镁合金作为目前最轻的结构用金属材料，兼具高比强度、高比刚度、阻尼减振性等特点，在航空、航天、汽车和电子等领域有广阔的应用前景。

作为突出的结构减重和减振特性的镁合金，与其他金属结构材料相比，具有极为出色的阻尼性能。一般认为，金属材料阻尼值Q^-1≥0.01时可认为其具备高阻尼性能，纯镁在较低的应变振幅下阻尼值Q^-1已高于0.01，但其绝对强度较低阻碍了其作为阻尼结构材料的进一步应用。而通过稀土合金化方法和塑性变形加工可以使提升镁合金的综合力学性能和高温性能，但固溶原子强化、析出相强化、晶粒细化这些有利于强韧性的因素会导致镁合金晶体内可动位错的长度缩短、可动范围受限，进而导致损耗振动能量的效果降低，一般认为高合金化和塑性变形会在一定程度上降低镁合金阻尼性能。

目前镁合金中阻尼性能较突出的主要有Mg-Ni系、Mg-Cu-Mn系、Mg-Si系和Mg-Zr系合金。但这类镁合金因耐蚀性较低、制备工艺不易推广、绝对强度较低及高温下力学性能不稳定等问题，限制了工业上的进一步应用。

综上，考虑到镁合金中阻尼性能与力学性能之间的矛盾，有必要从成分改进及工艺改进两方面出发，开发一种高强度阻尼镁合金，特别是在较高温度下仍具备较高强度和较优的阻尼减振效果，有利于面对更复杂的工况。

发明内容

本发明的目的是克服现有阻尼镁合金强度和阻尼性能匹配较差的现状，提供一种组分分配合理的含稀土元素的耐高温高强度阻尼镁合金及其制备方法，通过加入稀土元素提升镁合金的高温力学性能与组织稳定性，同时加入Zn元素形成Mg-RE-Zn体系，使镁合金在固溶处理过程中首先形成晶内层片状LPSO相，进而匹配特定的塑性变形加工工艺实现不完全的动态再结晶。由于晶内层片状LPSO相存在一定的变形抗力，在变形程度较小的塑性变形的动态再结晶过程中含LPSO相的晶粒不易“破碎”因而可保留较大的晶粒，经变形后的镁合金可形成“含有LPSO相的大晶粒+已再结晶的细小等轴晶”的双峰组织。因此，在稀土合金强化、晶粒细化与织构强化的作用下镁合金强韧性得到提升，同时位错可在含有LPSO相的大晶粒中保持良好的可动性，可有效平衡镁合金高阻尼与高强韧之间的矛盾，并制备出性能更优的结构功能一体化的高强阻尼镁合金材料，可满足复杂工况对阻尼和力学性能兼具的轻合金材料的需求。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，制备镁合金铸锭，该镁合金材料成分中包含稀土元素Gd和Zn元素，以及Zr元素或Mn元素其中一种，还可以包含稀土元素Y、Ho、Sc中任意一种或其组合，通过形成Mg-Gd-Zn合金体系可使后续固溶热处理过程中形成晶内层片状LPSO相，通过加入Zr或Mn可调控晶粒尺寸及性能，加入Y、Ho、Sc等稀土元素可改善综合力学性能与高温下组织与性能稳定相，有效避免高温下力学性能与阻尼性能弱化；

S2，对镁合金铸锭进行450℃～540℃温度下保温5h～20h的固溶热处理，固溶热处理后采用炉冷或空冷缓慢冷却，使冷却后的铸锭形成晶内层片状LPSO相，确保在后续塑性变形过程中形成含晶内层片状LPSO相的双峰组织；

S3，对所述经过固溶热处理的镁合金铸锭采用使镁合金组织发生不充分动态再结晶的塑性加工工艺，使微观组织中形成“含有LPSO相的大晶粒+已再结晶的细小等轴晶”的双峰组织，制备出镁合金棒材、板材、型材或锻件，塑性变形后不需进行后续时效处理，即可得所述耐高温高强度阻尼镁合金，使固溶处理后具有晶内LPSO相的Mg-Gd-Zn合金体系经不充分的动态再结晶的塑性加工后，可有效保留部分较大尺寸晶粒以避免阻尼性能降低的同时通过LPSO相强化提高强韧性。

在一种优选的实施方案中，步骤S1中，所述的镁合金铸锭采用砂型铸造、半连铸铸造或永久模铸造等方法制备，镁合金铸锭的平均晶粒尺寸在10～500μm范围内且无严重组织偏析的镁合金铸锭。

在一种优选的实施方案中，步骤S1中，所述的镁合金铸锭采用砂型铸造、半连铸铸造或永久模铸造等方法制备，镁合金铸锭的平均晶粒尺寸在40～300μm范围内且无严重组织偏析的镁合金铸锭。铸态晶粒尺寸过小在后续塑性变形工艺中会进一步细化晶粒，不利于阻尼性能提升，而铸态晶粒过大在后续不充分的动态再结晶过程中出现过多大尺寸晶粒，会导致强度与塑性降低。

在一种优选的实施方案中，步骤S2中，所述的镁合金铸锭在塑性变形加工前的固溶热处理工艺为分段固溶，先在450℃～520℃温度下固溶5h～10h，再在520℃～540℃温度下固溶3h～10h，之后炉冷或在20～30℃下空冷冷却。通过分段固溶可保证第二相充分溶解的同时避免晶粒过度长大和调控晶粒尺寸，同时通过炉冷或在空气中缓慢冷却形成晶内LPSO相，在后续的变形加工过程后会形成有利于阻尼和强度的复合组织。

在一种优选的实施方式中，步骤S3中，所述的镁合金铸锭在不充分动态再结晶的塑性加工工艺后的微观组织中LPSO相的体积含量占比为30％～60％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为15μm～90μm。

在一种优选的实施方式中，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为热挤压，具体工艺为：将固溶后的铸锭加热至400～450℃，模具预热至360～430℃，挤压比＝5～12，挤压速率在0.3～8mm/s范围内。

进一步地，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为热挤压，具体工艺为：将固溶后的铸锭加热至410～430℃，模具预热至380～400℃，挤压比＝8～12，挤压速率在0.3～5mm/s范围内。

在一种优选的实施方式中，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为单向锻造，锻造前将铸锭加热至440～460℃，变形速率为0.8～2mm/s，单道次下压量为60～80％，轴向压下量30～40mm。

第二方面，一种耐高温高强度阻尼镁合金材料，该镁合金材料的各化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为4.5～15.0％，Zn(锌)为0.2～2.0％，Y(钇)为0～5.0％，Zr(锆)为0～0.6％，Mn(锰)为0～1.0％，Ho(钬)为0～1.0％、Sc(钪)为0～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

优选地，该耐高温高强度阻尼镁合金材料的化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为5.5～13.0％，Zn(锌)为0.5～1.8％，Y(钇)为0～5.0％，Zr(锆)为0.2～0.6％，Mn(锰)为0～1.0％，Ho(钬)为0～1.0％、Sc(钪)为0～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

优选地，该耐高温高强度阻尼镁合金材料的化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Zr(锆)为0.4～0.6％，Ho(钬)为0.2～0.6％、Sc(钪)为0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质，添加Zr可细化晶粒并提升力学性能，该成分适用于制备大规格镁合金构件产品，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

优选地，该耐高温高强度阻尼镁合金材料的化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Mn(锰)为0.5～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，添加Mn有助于形成晶粒尺寸更大的包含LPSO相的晶粒，但添加过多会导致晶粒粗化，该成分适用于制备小规格镁合金构件产品，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

根据本发明提供的一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法，具有以下有益效果：

(1)本方法基于镁合金位错钉扎-脱钉阻尼模型，认为镁合金阻尼主要来源于合金中的位错在外加振动作用下发生脱钉和运动，从而产生能量损耗。据此，高阻尼镁合金需要合金中位错具有良好的可动性，避免晶粒尺寸过小导致晶界对位错的强钉扎以及过多析出相对位错运动产生阻碍，因此通过成分设计匹配相应固溶工艺引入晶内层片状LPSO相，再经较小变形程度塑性加工工艺使镁合金形成不充分的再结晶组织，使塑性变形后的镁合金材料存在较大尺寸的晶粒供位错运动提升阻尼效果。

(2)本方法基于镁合金再结晶机制和晶内层片LPSO相形成机理，通过较小变形程度的塑性变形加工工艺，在该工艺下，一方面变形程度较小有利于保留晶粒尺寸较大的含有LPSO相的晶粒，匹配中温和较慢速率变形有利于产生更细小的再结晶晶粒，在避免损耗阻尼性能的前提下，在LPSO相强化和再结晶细晶强化的作用下充分提升了镁合金的强韧性；另一方面，小变形量塑性加工在工程化上的适应性与可移植性较好，可加工成形的构件规格范围较宽。

(3)本方法在阻尼性能突出的Mg基体基础上添加稀土元素，一方面可提高镁合金的高温力学性能和组织稳定性，使镁合金在高温下也具备较优的阻尼性能，同时利用可形成Mg-RE-Zn合金体系确保LPSO相的形成，再通过特定的工艺设计制备得到耐高温高强度阻尼镁合金材料，有助于提高阻尼镁合金的综合力学性能，同时在高温下也保持了较高的强度和阻尼性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中镁合金材料室温时的应变-阻尼谱；

图2为本发明实施例2中镁合金材料应变振幅为1×10^-4时镁合金材料的温度-阻尼谱。

图3为本发明实施例2中镁合金材料挤压态微观组织，可见形成了“含有LPSO相的大晶粒+再结晶的细小等轴晶”的双峰组织。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明的第一方面，一种耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，制备镁合金铸锭，该镁合金材料成分中包含稀土元素Gd和Zn元素，以及Zr元素或Mn元素其中一种，还可以包含稀土元素Y、Ho、Sc中任意一种或其组合；

S2，对镁合金铸锭进行450℃～540℃温度下保温5h～20h的固溶热处理，固溶热处理后采用炉冷或空冷缓慢冷却，使冷却后的铸锭形成晶内层片状LPSO相；

S3，对所述经过固溶热处理的镁合金铸锭采用使镁合金组织发生不充分动态再结晶的塑性加工工艺，使微观组织中形成“含有LPSO相的大晶粒+已再结晶的细小等轴晶”的双峰组织，制备出镁合金棒材、板材、型材或锻件。

在一种优选的实施方案中，步骤S1中，所述的镁合金铸锭采用砂型铸造、半连铸铸造或永久模铸造等方法制备，镁合金铸锭的平均晶粒尺寸在10～500μm范围内且无严重组织偏析。

在一种优选的实施方案中，步骤S1中，所述的镁合金铸锭采用砂型铸造、半连铸铸造或永久模铸造等方法制备，镁合金铸锭的平均晶粒尺寸在40～300μm范围内且无严重组织偏析。

在一种优选的实施方案中，步骤S2中，所述的镁合金铸锭在塑性变形加工前的固溶热处理工艺为分段固溶，先在450℃～520℃温度下固溶5h～10h，再在520℃～540℃温度下固溶3h～10h，之后炉冷或在20～30℃下空冷冷却。

在一种优选的实施方式中，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为单向锻造，锻造前将铸锭加热至440～460℃，变形速率为0.8～2mm/s，单道次下压量为60～80％，轴向压下量为30～40mm。

优选地，该耐高温高强度阻尼镁合金材料的化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Zr(锆)为0.4～0.6％，Ho(钬)为0.2～0.6％、Sc(钪)为0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

优选地，该耐高温高强度阻尼镁合金材料的化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Mn(锰)为0.5～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

实施例

实施例1

该实施例中耐高温高强阻尼镁合金中各组分及其质量百分比含量为Gd：9.6％、Y:3.8％、Zn:1.1％、Zr：0.4％，余量为Mg。该镁合金材料通过以下制备方法制备得到：

S1，首先将坩埚和镁锭、锌锭及中间合金进行预热，并且将待用的覆盖剂、精炼剂等熔剂烘干。在坩埚底部撒上覆盖剂，加入镁锭和锌锭升温至全部熔化，温度升至760℃时加入Mg-Gd中间合金至全部熔化，待温度回升至780℃时加入Mg-Y中间合金至全部熔化，最后温度调整至800℃时加入Mg-Zr中间合金至全部熔化，全熔后捞底搅拌并加入覆盖剂保护。将温度调整至780℃左右，氩气流量设置为20L/min，将氩气精炼气管插入合金液面1/2～2/3深度处进行精炼过程中的搅拌，同时在熔液翻腾时在液面波峰上撒入精炼剂，搅拌10min～15min。清除液面熔渣，将温度调整至790℃左右，静置15min～30min，将温度调整至730℃的浇注温度后浇注为φ100mm的镁合金圆锭，平均晶粒尺寸在43～260μm范围内且无严重组织偏析；

S2，对镁合金铸锭先在520℃温度下固溶16h，之后在空气中冷却；

S3，机加工车去镁合金铸锭表面氧化皮后，对铸锭进行热挤压，挤压前将铸锭加热至420℃左右，模具预热至390℃左右，挤压时采用挤压比10，挤压速率为0.5～3mm/s，挤压完成后在空气中冷却。

对挤压制备的变形态高强阻尼镁合金采用DMAQ850动态机械热分析仪进行测试室温阻尼性能，试样尺寸50mm×5mm×1mm，频率1Hz，测试结果可见图1的镁合金应变-阻尼谱，该镁合金在应变振幅1×10^-3下阻尼值Q^-1＝0.0130，在屈服强度的0.1倍时对应的阻尼值Q^-1＝0.0131。测试力学性能，该镁合金材料室温抗拉强度＝370MPa，屈服强度＝310MPa，断后伸长率＝11.3％。

在应变振幅为1×10^-4时，200℃下的平均阻尼值Q^-1＝0.009，250℃下的平均阻尼值Q^-1＝0.010。测试力学性能，200℃下抗拉强度＝332MPa，断后伸长率＝13.6％；250℃下抗拉强度＝305MPa，断后伸长率＝18.1％。观察材料的微观组织，微观组织中LPSO相的体积含量占比为35％～42％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为61μm～87μm。

实施例2

该实施例中耐高温高强阻尼镁合金中各组分及其质量百分比含量为Gd：8.3％、Y:3.2％、Zn：0.9％，Mn：0.7％，余量为Mg。该镁合金材料通过以下制备方法制备得到：

S1，首先将坩埚和镁锭、锌锭及中间合金进行预热，并且将待用的覆盖剂、精炼剂等熔剂烘干。在坩埚底部撒上覆盖剂，再加入镁锭和锌锭升温至全部熔化，温度升至760℃时加入Mg-Gd中间合金至全部熔化，待温度回升至780℃时加入Mg-Y中间合金至全部熔化，最后温度调整至780℃时加入Mg-Mn中间合金至全部熔化，全熔后捞底搅拌并加入覆盖剂保护。将温度调整至800℃左右，氩气流量设置为20L/min，将氩气精炼气管插入合金液面1/2～2/3深度处进行精炼过程中的搅拌，同时在熔液翻腾时在液面波峰上撒入精炼剂，搅拌10min～15min。清除液面熔渣，将温度调整至780℃，静置15min～30min,将温度调整至730℃的浇注温度后采用半连续铸造的方法浇注为φ100mm的镁合金圆锭，平均晶粒尺寸在48～212μm范围内且无严重组织偏析；

S2，对镁合金铸锭先在500℃温度下固溶12h，之后在520℃温度下固溶8h，固溶后铸锭在空气中冷却；

S3,机加工车去镁合金铸锭表面氧化皮后，对铸锭进行热挤压，挤压前将铸锭加热至410℃左右，模具预热至380℃，挤压时采用挤压比8，挤压速率为0.4～4mm/s，挤压完成后在空气中冷却。

对经热处理后的高强阻尼镁合金采用DMA Q850动态机械热分析仪进行测试阻尼性能，试样尺寸50mm×5mm×1mm，频率1Hz。经固溶加时效热处理后，在应变振幅为1×10^-3时室温下该镁合金材料的阻尼值Q^-1＝0.0142,在屈服强度的0.1倍时对应的阻尼值Q^-1＝0.0148。测试力学性能，该镁合金材料室温抗拉强度＝404MPa，屈服强度＝343MPa，断后伸长率＝7.5％。

在应变振幅为1×10^-4时，200℃下的平均阻尼值Q^-1＝0.010，250℃下的平均阻尼值Q^-1＝0.012，见图2的镁合金温度-阻尼谱。测试力学性能，200℃下抗拉强度＝372MPa，断后伸长率＝10.8％；250℃下抗拉强度＝357MPa，断后伸长率＝15.6％。在500倍光镜下微观组织示意图可见图3所示，形成了“含有LPSO相的大晶粒+已再结晶的细小等轴晶”的双峰组织；微观组织中LPSO相的体积含量占比为32％～38％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为56μm～80μm。

对比例1

该对比例与实施例1一致，区别在于该对比例镁合金材料中不含Zn，成分为Mg-9.5Gd-4.5Y-0.5Zr，经固溶和热挤压后晶内不含层片状LPSO相。制得的镁合金材料在室温和高温下的性能数据见表1和表2。

对比例2

该对比例与实施例1一致，区别仅在于，不采用热挤压，采用该成分浇注铸锭后进行固溶热处理制备出固溶态的镁合金材料。制得的镁合金材料在室温和高温下的性能数据见表1和表2。

对比例3

该对比例与实施例2一致，区别仅在于，热挤压时采用较大变形量，挤压比为25。制得的镁合金材料在室温和高温下的性能数据见表1和表2。

表1室温下镁合金材料测试数据

表2高温下镁合金材料测试数据

实施例3

该实施例中耐高温高强阻尼镁合金中各组分及其质量百分比含量为Gd：11.2％、Zn:1.10％、Zr：0.45％，余量为Mg。该镁合金材料通过以下制备方法制备得到：

S1，首先将坩埚和镁锭、锌锭及中间合金进行预热，并且将待用的覆盖剂、精炼剂等熔剂烘干。在坩埚底部撒上覆盖剂，加入镁锭和锌锭升温至全部熔化，温度升至760℃时加入Mg-Gd中间合金至全部熔化，待度调整至780℃时加入Mg-Zr中间合金至全部熔化，全熔后捞底搅拌并加入覆盖剂保护。将温度调整至780℃左右，氩气流量设置为20L/min，将氩气精炼气管插入合金液面1/2～2/3深度处进行精炼过程中的搅拌，同时在熔液翻腾时在液面波峰上撒入精炼剂，搅拌10min～15min。清除液面熔渣，将温度调整至790℃左右，静置15min～30min，将温度调整至730℃的浇注温度后浇注为φ100mm的镁合金圆锭，平均晶粒尺寸在52～258μm范围内且无严重组织偏析；

S2，对镁合金铸锭先在500℃温度下固溶14h，之后在空气中冷却；

S3，机加工车去镁合金铸锭表面氧化皮并车成φ90mm的圆锭，对铸锭进行热挤压，挤压前将铸锭加热至420℃左右，模具预热至400℃左右，挤压时采用挤压比10.6，挤压速率为0.3～3mm/s，挤压成60mm×10mm的板材，挤压完成后在空气中冷却。

对上述镁合金挤压板材采用DMA Q850动态机械热分析仪进行测试室温阻尼性能，试样尺寸50mm×5mm×1mm，频率1Hz，该镁合金在应变振幅1×10^-3下阻尼值Q^-1＝0.011，在屈服强度的0.1倍时对应的阻尼值Q^-1＝0.012。测试力学性能，该镁合金材料室温抗拉强度＝326MPa，屈服强度＝258MPa，断后伸长率＝12.3％。观察材料的微观组织，微观组织中LPSO相的体积含量占比为32％～41％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为50μm～77μm。

实施例4

该实施例中耐高温高强阻尼镁合金中各组分及其质量百分比含量为Gd：6.5％、Y：3.5％、Zn:1.2％、Mn：0.5％，余量为Mg。该镁合金材料通过以下制备方法制备得到：

S1，首先将坩埚和镁锭、锌锭及中间合金进行预热，并且将待用的覆盖剂、精炼剂等熔剂烘干。在坩埚底部撒上覆盖剂，加入镁锭和锌锭升温至全部熔化，温度升至770℃时加入Mg-Gd中间合金至全部熔化，待度调整至780℃时加入Mg-Y中间合金至全部熔化，最后温度调整至780℃时加入Mg-Mn中间合金至全部熔化,全熔后捞底搅拌并加入覆盖剂保护。将温度调整至800℃左右，氩气流量设置为20L/min，将氩气精炼气管插入合金液面1/2～2/3深度处进行精炼过程中的搅拌，同时在熔液翻腾时在液面波峰上撒入精炼剂，搅拌10min～15min。清除液面熔渣，将温度调整至790℃左右，静置15min～30min，将温度调整至730℃的浇注温度后浇注为φ100mm的镁合金圆锭，平均晶粒尺寸在57～288μm范围内且无严重组织偏析；

S2，对镁合金铸锭先在530℃温度下固溶10h，之后随炉冷却；

S3，机加工车去镁合金铸锭表面氧化皮并机加工为φ50mm×50mm的圆锭，对铸锭进行单向锻造，锻造前将铸锭加热至440℃左右，变形速率为0.8～2mm/s，单道次下压量为70％，轴向压下量35mm，锻造完成后在空气中冷却。

对上述镁合金锻件采用DMA Q850动态机械热分析仪进行测试室温阻尼性能，试样尺寸50mm×5mm×1mm，频率1Hz，该镁合金在应变振幅1×10^-3下阻尼值Q^-1＝0.012，在屈服强度的0.1倍时对应的阻尼值Q^-1＝0.012。测试力学性能，该镁合金材料室温抗拉强度＝314MPa，断后伸长率＝5.1％。观察材料的微观组织，微观组织中LPSO相的体积含量占比为31％～39％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为67μm～89μm。

实施例5

该实施例中耐高温高强阻尼镁合金中各组分及其质量百分比含量为Gd：8.5％、Y：4.5％、Zn:1.5％、Ho：0.5％，Zr：0.45％，Sc：0.3％，余量为Mg。

该镁合金材料通过以下制备方法制备得到：

S1，首先将坩埚和镁锭、锌锭及中间合金进行预热，并且将待用的覆盖剂、精炼剂等熔剂烘干。在坩埚底部撒上覆盖剂，加入镁锭和锌锭升温至全部熔化，温度升至760℃时加入Mg-Gd中间合金至全部熔化，待度调整至770℃时加入Mg-Y中间合金、Mg-Ho中间合金和Mg-Sc中间合金至全部熔化，最后温度调整至780℃时加入Mg-Zr中间合金至全部熔化,全熔后捞底搅拌并加入覆盖剂保护。将温度调整至800℃左右，氩气流量设置为20L/min，将氩气精炼气管插入合金液面1/2～2/3深度处进行精炼过程中的搅拌，同时在熔液翻腾时在液面波峰上撒入精炼剂，搅拌10min～15min。清除液面熔渣，将温度调整至780℃左右，静置15min～30min，将温度调整至730℃的浇注温度后浇注为φ100mm的镁合金圆锭，平均晶粒尺寸在43～215μm范围内且无严重组织偏析；

S2，对镁合金铸锭先在520℃温度下固溶16h，之后随炉冷却；

S3，机加工车去镁合金铸锭表面氧化皮并机加工为φ50mm×50mm的圆锭，对铸锭进行单向锻造，锻造前将铸锭加热至460℃左右，变形速率为0.8～2mm/s，单道次下压量为70％，轴向压下量35mm，锻造完成后在空气中冷却。

对上述镁合金挤压板材采用DMA Q850动态机械热分析仪进行测试室温阻尼性能，试样尺寸50mm×5mm×1mm，频率1Hz，该镁合金在应变振幅1×10^-3下阻尼值Q^-1＝0.012，在屈服强度的0.1倍时对应的阻尼值Q^-1＝0.011。测试力学性能，该镁合金材料室温抗拉强度＝321MPa，断后伸长率＝7.8％。观察材料的微观组织，微观组织中LPSO相的体积含量占比为32％～44％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为58μm～83μm。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

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

1.一种耐高温高强度阻尼镁合金材料，其特征在于，该镁合金的各化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为4.5～15.0％，Zn(锌)为0.2～2.0％，Y(钇)为0～5.0％，Zr(锆)为0～0.6％，Mn(锰)为0～1.0％，Ho(钬)为0～1.0％、Sc(钪)为0～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

2.根据权利要求1所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料，其特征在于，各化学成分以重量百分比计为：Gd(钆)为5.5～13.0％，Zn(锌)为0.5～1.8％，Y(钇)为0～5.0％，Zr(锆)为0.2～0.6％，Mn(锰)为0～1.0％，Ho(钬)为0～1.0％、Sc(钪)为0～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

3.根据权利要求1所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料，其特征在于，各化学成分以重量百分比计为Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Zr(锆)为0.4～0.6％，Ho(钬)为0.2～0.6％、Sc(钪)为0.2～0.6％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

4.根据权利要求1所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料，其特征在于，各化学成分以重量百分比计为Gd(钆)为8～11.0％，Zn(锌)为0.8～1.5％，Y(钇)为1.0～4.5％，Mn(锰)为0.5～1.0％，余量为Mg及不可避免的杂质，镁合金材料中各化学成分之和以100％计。

5.一种耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2，对镁合金铸锭进行450℃～540℃温度下保温5h～20h的固溶热处理，固溶热处理后采用炉冷或空冷方式冷却，使冷却后的铸锭形成晶内层片状LPSO相；

S3，对所述经过固溶热处理镁合金铸锭采用使镁合金组织发生不充分动态再结晶的塑性加工工艺，使微观组织中形成“含有LPSO相的大晶粒+再结晶的细小等轴晶”的双峰组织，制备出镁合金棒材、板材、型材或锻件，塑性变形后不需进行后续时效处理，即可得所述耐高温高强度阻尼镁合金。

6.根据权利要求5所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述镁合金铸锭采用砂型铸造、半连铸铸造或永久模铸造等方法制备，镁合金铸锭的平均晶粒尺寸在10～500μm范围内且无严重组织偏析。

7.根据权利要求5所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述的镁合金铸锭在塑性变形加工前的固溶热处理工艺为分段固溶，先在450℃～520℃温度下固溶5h～10h，再在520℃～540℃温度下固溶3h～10h，之后炉冷或空冷冷却。

8.根据权利要求5所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的镁合金铸锭在不充分动态再结晶的塑性加工工艺后的微观组织中LPSO相的体积含量占比为30％～60％，含LPSO相的晶粒的平均晶粒尺寸为15μm～90μm。

9.根据权利要求5所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为热挤压，具体工艺为：将固溶后的铸锭加热至400～450℃，模具预热至360～430℃，挤压比＝5～12，挤压速率在0.3～8mm/s范围内。

10.根据权利要求5所述的耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的镁合金铸锭的不充分动态再结晶的塑性加工工艺为单向锻造，锻造前将铸锭加热至440～460℃，变形速率为0.8～2mm/s，单道次下压量为60～80％，轴向压下量为30～40mm。