一種低成本短流程高強稀土鎂合金板材的製備技術的製作方法

2023-12-02 08:47:36 1

本發明涉及一種適用於低成本短流程高強稀土鎂合金板材的製備技術，屬於金屬材料加工領域。

背景技術：

鎂合金性能優良，且具有許多優於其他常用金屬材料的性能，如高比強度、高比剛度、良好的減振能力、優良的導熱性和導電性、良好的尺寸穩定性、電磁屏蔽性和易於回收等特性，被譽為「21世紀的綠色工程材料」。在電子產品、電動工具、家用電器、運動器械和休閒用品以及航空航天領域中都得到廣泛的應用。然而，相比於其他金屬結構材料，鎂合金在室溫下的強度比較低，因此，開發高強鎂合金對推廣其應用具有重要意義。

近二十年的研究表明，開發高強鎂合金材料已經取得了突破性的進展。稀土鎂合金因其可以顯著提高鎂合金的常溫和高溫強度一直作為高性能鎂合金的研究熱點。已開發的高稀土鎂合金通過鑄態+均勻化退火+時效，鑄態+均勻化退火+擠壓+時效，鑄態+均勻化退火+軋制+時效，鑄態+均勻化退火+多次循環塑變形等手段有效的改善了鎂合金的力學性能。日本學者通過對鑄態Mg-11.3Gd-3.8Y-0.7Zr(wt.％)先進行500℃均勻化退火6小時，然後225℃時效16.7小時得到抗拉強度為330MPa，屈服強度為300MPa高強稀土鎂合金(Mater.55(2007)4137)。Anyanwu等人通過對鑄態Mg-17Gd-0.5Zr(wt.％)高稀土合金進行均勻化退火+熱擠壓+時效的方法得到抗拉強度400MPa，屈服強度360MPa的高強鎂合金(Mater.Trans.42(2001)1206)。此外，Li等人通過對鑄態Mg-14Gd-0.5Zr(wt.％)高稀土鎂合金進行均勻化退火+熱擠壓+軋制技術得到抗拉強度375MPa，屈服強度360MPa的高強鎂合金，並且再此基礎上進行時效處理獲得了抗拉強度482MPa，屈服強度445MPa的高強鎂合金(Scripta Materialia 64(2011)950)。王旭東等人通過對鑄態Mg-11Gd-2Er-0.5Zr(wt.％)合金進行固溶處理+400次循環塑性變形+熱擠壓得到了抗拉強度超過500MPa的高強鎂合金材料(Mg-Gd-Er-Zr合金顯微組織演變及力學性能研究，2012)。如上所述，獲得高性能稀土鎂合金需要通過複雜的製備過程，耗時耗力；並且合金稀土含量相對較高，超過了10wt.％，有的高達17wt.％，成本過高，實現實際應用很困難。因此，降低合金中的稀土含量，並且簡化加工過程以獲得高強度鎂合金具有重要的實際意義。

本發明是在針對以上不足提出以下方案：一、儘可能的降低合金中的稀土含量；二、縮短高強鎂合金製備流程。在本發明中，合金稀土含量不超過9wt.％；並且製備過程中省掉了耗時耗力的均勻化退火和時效過程，大大縮短了製備流程，最終起到了節約成本和提高性能的雙重作用，具有得到實際應用切實可行的意義。

技術實現要素：

本發明針對現有高強稀土變形鎂合金成本高，製備流程複雜耗時的缺點，提出了一種降低合金成本，縮短製備流程得到一種高強稀土鎂合金板材的製備技術。本發明特徵在於降低了合金中稀土元素的含量，將稀土含量控制在9wt.％以內；並對鑄態合金直接進行軋制，軋制前不進行均勻化退火處理，軋制後不再進行後續的時效處理，從而得到晶粒尺寸小於10μm，尺寸為200～300nm的Mg5(Gd,Er)強化相彌散分布的高強鎂合金，屈服強度可達280～350MPa，抗拉強度可達310～365MPa。

本發明的技術方案是：一種短流程低成本的高強鎂合金板材，所述鎂合金優選為Mg-Gd-Er-Zr系：稀土Gd 2～8wt.％，稀土Er 0.1～1wt.％,Zr 0.5wt.％，鎂含量為平衡餘量。上述合金板材的製備工藝，包括以下步驟：將稀土含量不超過9wt.％的鑄態Mg-Gd-Er-Zr合金進行熱軋制：將Mg-Gd-Er-Zr合金鑄錠放入加熱爐內在設定溫度、設定時間保溫後置於軋機上進行軋制，優選總壓下量85～97％，得到具有強化相Mg5(Gd,Er)彌散分布和晶粒組織細化的高強鎂合金板材。

優選設定溫度為300～550℃，設定時間為15min。

本發明具有如下優點：

1.本發明降低了合金中的稀土含量，節約原料成本。

2.本發明大大縮短了工藝流程，採用了一種便捷有效，切實可行的製備技術，提高生產效率，降低了生產成本。

3.本發明工藝製備的合金材料得到彌散分布的強化相，以及晶粒尺寸細小的組織結構。

4.本發明工藝製備的合金板材具有屈服強度最高可達350MPa,抗拉強度最高可達365MPa的高強度力學性能，可實際應用於汽車、航空航天等領域的各種承重結構部件。

附圖說明

圖1為實施例3合金鑄態微觀組織照片。

圖2為實施例3合金軋制態微觀組織照片。

圖3為實施例3合金室溫拉伸強度對比圖(不能用彩圖區分，最好改為不同的填充線區分)。

具體實施方式

本發明通過以下具體的實施例對本發明的技術方案做出進一步的描述。以下實施例只是說明本發明，並未限定本發明。

實施例1：將鑄態合金放入到300℃熱處理爐中保溫15分鐘，合金成分為Gd：2.0wt.％、Er：0.1wt.％、Zr：0.5wt.％、Mg為平衡餘量；取出置於雙輥軋制設備上軋制，合金坯料厚度為5mm，軋後厚度為0.25mm，得到總變形量95％，Mg5(Gd,Er)強化相尺寸為200nm，Mg5(Gd,Er)強化相體積分數為1.8％，晶粒尺寸為9μm，屈服強度280MPa，抗拉強度310MPa的高強鎂合金板材。

實施例2：將鑄態合金放入到550℃熱處理爐中保溫15分鐘，合金成分為Gd：6.2wt.％、Er：0.15wt.％、Zr：0.5wt.％、Mg為平衡餘量；取出置於雙輥軋制設備上軋制，合金坯料厚度為5mm，軋後厚度為0.75mm，得到總變形量85％，Mg5(Gd,Er)強化相尺寸為260nm，Mg5(Gd,Er)強化相體積分數為5.6％，晶粒尺寸為9μm，屈服強度290MPa，抗拉強度322MPa的高強鎂合金板材。

實施例3：將鑄態合金放入到400℃熱處理爐中保溫15分鐘，合金成分為Gd：8.0wt.％、Er：1.0wt.％、Zr：0.5wt.％、Mg為平衡餘量；取出置於雙輥軋制設備上軋制，合金坯料厚度為5mm，軋後厚度為0.15mm，得到總變形量97％，Mg5(Gd,Er)強化相尺寸為300nm，Mg5(Gd,Er)強化相體積分數為7.8％，晶粒尺寸為7.5μm，屈服強度350MPa，抗拉強度365MPa的高強鎂合金板材。

實施例4：將鑄態合金放入到400℃熱處理爐中保溫15分鐘，合金成分為Gd：7.15wt.％、Er：0.3wt.％、Zr：0.5wt.％、Mg為平衡餘量；取出置於雙輥軋制設備上軋制，合金坯料厚度為5mm，軋後厚度為0.5mm，得到總變形量90％，Mg5(Gd,Er)強化相尺寸為300nm，Mg5(Gd,Er)強化相體積分數為7.1％，晶粒尺寸為8μm，屈服強度341MPa，抗拉強度355MPa的高強鎂合金板材。