高強度Mg-Gd-Y合金製備方法
2023-05-28 16:36:56 1
高強度Mg-Gd-Y合金製備方法
【專利摘要】本發明提供一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，快速凝固可以有效地細化金屬及合金的晶粒，擴大合金元素在基體中的溶解度，減少成分偏析，在晶界處和晶粒內生成細小彌散的沉澱相，提高其力學性能。快速凝固作為一種新型的金屬材料製備技術，目前已經廣泛用於新材料的研製中，快速凝固技術的問世也為高性能鎂合金結構材料的研製奠定了堅實的基礎。本發明通過快速凝固技術，獲得細小的鎂合金晶粒，並擴大合金元素Gd、Y在基體α-Mg中的溶解度，由於細晶強化和固溶強化的結果，提高合金的力學性能；將快速凝固獲得的Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金進行不同溫度、不同時間的時效處理，進一步提高其力學性能。
【專利說明】高強度Mg-Gd-Y合金製備方法
【技術領域】 [0001] ：本發明提供一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法。
【背景技術】 [0002] ：鎂合金具有密度小、比強度高、減震性好、易切削加工和尺寸穩定好，可 實現回收循環使用等優點，使得鎂合金在汽車工業、兵器、電子和航空航天等高新【技術領域】 中倍受青睞。但是鎂合金的強度和塑性等力學性能普遍較低，因此研究新型提高鎂合金力 學性能的工藝具有重要意義。
[0003] 在鎂合金中加入稀土元素可以有效地提高合金的力學性能，特別是複合添加 GcUY 等重稀土元素成為人們關注的熱點。研究表明，Mg-Gd-Y合金具有很好的室溫及高溫力學 性能，是目前世界上高強度鎂合金系之一。近年來國內外學者對Mg-Gd-Y系合金展開了一 系列的研究工作，但其工作主要集中在對鑄態及擠壓態、熱處理等常規製備方法及工藝上。 將快速凝固技術應用於Mg-Gd-Y合金的製備，並通過熱處理進一步提高其力學性能卻未見 報導。
【發明內容】
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[0004] 發明目的：本發明提供了一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，其目的是解決以往 鎂合金力學性能不理想的問題。
[0005] 技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：
[0006] -種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，其特徵在於：該方法的步驟如下：
[0007] 1)將Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金用砂輪打磨去掉表面的氧化皮，切成小塊狀。置 於預先用酒精清洗好的石英管中，再放入到DSL-300型非自耗真空感應爐中，在真空度為 LOX KT3Pa下的高真空和氬氣保護下加熱熔化，並在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬溶 液注入銅模，製備尺寸為0 3 x60mm合金棒。
[0008] 2)對步驟1)的合金進行時效處理，時效處理溫度為150?300°C，時間為1?28h， 保溫後空冷。
[0009] 步驟2)合金時效的加熱溫度為200°C，保溫時間為4h，保溫後空冷。
[0010] 所述時效處理的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預定溫度，把樣品放到箱式電阻爐 中間的位置，為了防止試樣在加熱時發生氧化，將樣品裝入坩堝中，在放置試樣的坩堝底部 加 FeS，再在坩堝頂部蓋上石棉，然後把爐溫升溫至預定溫度後使其恆溫，保溫預定時間。到 時間後把樣品取出放到空氣中冷卻。
[0011] 優點及效果：本發明提供一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，快速凝固可以有效 地細化金屬及合金的晶粒，擴大合金元素在基體中的溶解度，減少成分偏析，在晶界處和晶 粒內生成細小彌散的沉澱相，提高其力學性能。快速凝固作為一種新型的金屬材料製備技 術，目前已經廣泛用於新材料的研製中，快速凝固技術的問世也為高性能鎂合金結構材料 的研製奠定了堅實的基礎。
[0012] 本發明通過快速凝固技術，獲得細小的鎂合金晶粒，並擴大合金元素 GcU Y在基 體a -Mg中的溶解度，由於細晶強化和固溶強化的結果，提高合金的力學性能；將快速凝固 獲得的Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金進行不同溫度、不同時間的時效處理，進一步提高其力學性 能。
[0013] 本發明採用快速凝固方法製備合金，由於冷卻速度非常快，與普通的金屬型及砂 型鑄造相比有如下特點
[0014] 1)凝固後獲得的組織為細小的過飽和a _Mg(Gd、Y)固溶體和少量的第二相。其 中晶粒細化是快速凝固鎂合金的重要特徵。鎂合金的Hall-Patch因子k比鋁合金的高，因 此通過晶粒細化提高鎂合金力學性能，其效果遠遠大於鋁合金；Mg-Gd-Y合金中的合金元 素原子GcUY以置換固溶體形式存在，快速凝固Mg-Gd-Y合金獲得的是過飽和度很大的過飽 和固溶體，使基體a-Mg(GcUY)固溶體的晶格產生嚴重的畸變，位錯運動阻力增加，同時過 飽和Ci-Mg(GcUY)固溶體的形成又為時效時第二相的析出提供了有利的條件。
[0015] 2)對快速凝固的Mg-Gd-Y合金進行適當的時效處理後，於晶內及晶界處析出細小 彌散分布的第二相，這些細小彌散第二相粒子對位錯及晶界起到釘扎作用，有效地強化晶 界、阻礙位錯運動，從而提高合金的強度。快速凝固Mg-Gd-Y合金中起強化作用的彌散相有 GdMg, Gd2Mg, Gd3Mg0
[0016] 本發明的快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金力學性能上的特點是室溫合金的抗壓 強度（6b)最高達693. IMPa。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0017] 圖1是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金的鑄態顯微組織圖。
[0018] 圖2是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金再經200°C 4h時效的顯微組織圖。
[0019] 圖3是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金再經250°C 8h時效的顯微組織圖。
【具體實施方式】 [0020] ：下面結合附圖對本發明做進一步的說明：
[0021] 如圖1所示，為本發明的一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，該方法的步驟如下：
[0022] 1)將Mg-13Gd-4Y_0. 5Zr合金用砂輪打磨去掉表面的氧化皮，切成小塊狀。置 於預先用酒精清洗好的石英管中，再放入到DSL-300型非自耗真空感應爐中，在真空度為 I. OX IO-3Pa下的高真空和氬氣保護下加熱熔化，並在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬 溶液注入銅模，製備尺寸為0 3 x60mm合金棒。
[0023] 2)對步驟1)的合金進行時效處理，時效處理溫度為150?300°C，時間為1?28h， 保溫後空冷。
[0024] 步驟2)合金時效的加熱溫度優選為200°C，保溫時間優選為4h，保溫後空冷。
[0025] 所述時效處理的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預定溫度，把樣品放到箱式電阻爐 中間的位置，為了防止試樣在加熱時發生氧化，將樣品裝入坩堝中，在放置試樣的坩堝底部 加 FeS，再在坩堝頂部蓋上石棉，然後把爐溫升溫至預定溫度後使其恆溫，保溫預定時間。到 時間後把樣品取出放到空氣中冷卻。 實施例：
[0026] 1)將Mg-13Gd-4Y_0. 5Zr合金用砂輪打磨去掉表面氧化皮，切成小塊狀。取5g左 右置於預先用酒精清洗好的石英管中，再放入到DSL-300型非自耗真空感應爐中，在真空 度為I. OX KT3Pa下的高真空和氬氣保護下加熱熔化，並在一定的壓力差下用高純氬氣將 金屬溶液注入銅模，製備尺寸為〇3X60mm合金棒。將製備好的Mg-Gd-Y合金棒用J0780-4 型線切割機切割成長度約5mm的試樣。
[0027] 2)對步驟1)的合金進行時效處理，時效處理溫度分別為150?300°C，時間分別 為1?28h,保溫後空冷。
[0028] 本實施例所得的Mg-13Gd-4Y_0. 5Zr合金的壓縮強度的測試方法：將製備好的 Mg-Gd-Y合金棒用J0780-4型線切割機切割成尺寸為〇3X5mm的試樣。在國產CSS-55100 型電子萬能試驗機上進行壓縮實驗，壓縮應變速率為LOXKT2s'溫度為室溫。結果如表 1所示。
[0029] 表1合金的抗壓強度
[0030]
【權利要求】
1. 一種高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，其特徵在於：該方法的步驟如下： 1) 將Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金用砂輪打磨去掉表面的氧化皮，切成小塊狀。置於 預先用酒精清洗好的石英管中，再放入到DSL-300型非自耗真空感應爐中，在真空度為 1.0Xl(T3Pa下的高真空和氬氣保護下加熱熔化，並在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬溶 液注入銅模，製備尺寸為0 3 x60mm合金棒； 2) 對步驟1)的合金進行時效處理，時效處理溫度為150?300°C，時間為1?28h，保 溫後空冷。
2. 根據權利要求1所述的高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，其特徵在於：步驟2)合金時 效的加熱溫度為200°C，保溫時間為4h，保溫後空冷。
3. 根據權利要求1所述的高強度Mg-Gd-Y合金製備方法，其特徵在於：所述時效處理 的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預定溫度，把樣品放到箱式電阻爐中間的位置，為了防止試 樣在加熱時發生氧化，將樣品裝入坩堝中，在放置試樣的坩堝底部加 FeS，再在坩堝頂部蓋 上石棉，然後把爐溫升溫至預定溫度後使其恆溫，保溫預定時間。到時間後把樣品取出放到 空氣中冷卻。
【文檔編號】C22C1/02GK104451313SQ201410708418
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】孫晶, 郭全英, 毛萍莉, 劉正 申請人:瀋陽工業大學