專利名稱：一種準晶增強高強Mg-Zn-Y合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高強度鎂合金材料及制備技術，特別是一種準晶增強鎂合金及其制備方法
背景技術：
鎂合金是工程應用中最輕的金屬結構材料，被譽為“21世紀綠色工程金屬結構材料”。近年來隨著航空、航天、交通等領域的快速發(fā)展，對輕質高比強鎂合金提出了更高的要求，從而迫使人們不得不想盡各種辦法在合金設計、先進加工技術上尋找新的突破。Mg-Zn-Y合金是一種非常有前途的低成本高強鎂合金，主要是由于該合金在常規(guī)鑄造條件下就可得到具有高強特性的二十面體準晶相(I-phase)。Mg-Zn-Y三元合金系中存在準晶與a-Mg的兩相共存區(qū)，這對開發(fā)含準晶的高性能Mg-Zn-Y合金具有重要的工程意義。然而，采用常規(guī)鑄造方法制備的Mg-Zn-Y合金中呈魚骨狀的準晶相十分粗大，對材料力學性能很難提供有益的貢獻。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要是針對以上不足，提供一種顆粒準晶增強高強度鎂合金及其制備方法。本發(fā)明的技術方案是
(I)選擇Mg-Zn-Y合金，該合金中化學元素質量百分比5. 0-6. 0% Zn, I. 0% Y，余量為Mg，且Zn與Y質量比介于5飛之間，這樣可以保證鑄態(tài)組織中獲得準晶與a-Mg兩相。(2)將坩堝預熱到200°C，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料。將坩堝加熱到500°C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內并開始通入C02+0. 5vol%SF6混合氣體進行保護。繼續(xù)升溫到720°C待純鎂完全熔化后，加入純Zn，Mg-25wt. %Y中間合金；Mg_25wt. %Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地擴散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩。升溫到750°C并保溫2(Γ30分鐘，待中間合金、純Zn完全熔化，用C2Cl6進行熔體精煉處理，精煉后除渣并將溫度降至700°C，澆入空冷金屬型成型。合金的整個熔煉澆注過程均在C02+0. 5vol%SF6混合氣體保護下進行。(3)進行熱處理。合金首先在450°C下固溶16小時，接著在500°C固溶20小時。待固溶處理后，試樣在360°C下進行24小時的人工時效處理。采用分段固溶的原因是使難固溶的準晶相充分固溶進入基體。時效后得到了近似球狀細小尺寸的準晶，可以起到明顯強化作用。本發(fā)明制備的高強鎂合金，其效益為合金抗拉強度大于250MPa,延伸率大于5%。在Mg-Zn-Y三元合金系中，存在準晶與a_Mg的兩相共存區(qū)，這對開發(fā)含準晶的高性能Mg-Zn-Y具有重要的工程意義。常規(guī)鑄造的準晶增強高性能Mg-Zn-Y系鎂合金晶粒一般較為粗大，容易割裂基體，導致合金力學性能偏低。為了改善準晶粗大問題，本發(fā)明首先通過金屬型鑄造來控制鑄態(tài)準晶的形態(tài)和分布，由于金屬型的激冷作用，合金冷卻速率很大，限制了準晶的長大，在一定程度上細化了準晶并使其得到較好的分散。其次，再通過熱處理方法制備出含析出準晶增強的Mg-Zn-Y合金。在熱處理過程中，我們采用了分段固溶處理工藝，使鑄態(tài)準晶最大限度地固溶進入基體后再時效析出，析出的準晶相具有尺寸細小、近似球狀的特征可以顯著提高合金強度。準晶增強Mg-Zn-Y系合金的高強度主要來源于準晶顆粒的強化作用，準晶通過形成穩(wěn)定的準晶/鎂基體界面和對位錯的強釘扎來實現(xiàn)合金強化。
具體實施例方式實施例I
本實施例是一種高強Mg-Zn-Y合金，其成分為Mg-5wt. %Zn_lwt. %Y，Zn與Y質量比為5，其中Zn以工業(yè)用Zn加入，Y以Mg-25wt.%Y中間合金加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。本實施例的制備方法為
第一步，將坩堝預熱到200°c，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料；
第二步，將坩堝加熱到500 °C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內并開始通入C02+0. 5vol%SF6混合氣體進行保護；
第三步，繼續(xù)升溫到純鎂完全熔化后，在720°C加入Zn，Mg-25wt.%Y中間合金。Mg-25wt. %Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地擴散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩。第四步，升溫到750°C并保溫2(Γ30分鐘，待中間合金、純Zn完全熔化；
第五步，用C2Cl6進行熔體精煉處理，精煉后除渣并將溫度降至700°C，澆入空冷金屬
型成型；合金的整個熔煉澆注過程均在C02+0. 5vol%SF6混合氣體保護下進行。第六步，進行熱處理。合金首先在450°C下固溶16小時后，接著在500°C固溶20小時。待固溶處理后，試樣在360°C下進行24小時的人工時效處理。時效組織為a-Mg固溶體，且其內部分布著細小I -phase,且準晶形態(tài)近似球狀。對合金試樣進行力學性能分析，結果表明該合金室溫的最大抗拉強度為246MPa，屈服強度為60MPa，延伸率為7. 4%。實施例2
本實施例是一種高強Mg-Zn-Y合金，其成為為Mg-6wt. %Zn-lwt. %Y，Zn與Y質量比例為6，其中Zn以工業(yè)用Zn加入，Y以Mg_25wt. %Υ中間合金加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。本實施例的制備方法為
第一步，將坩堝預熱到200°C，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料；
第二步，將坩堝加熱到500°C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內并開始通入C02+0. 5vol%SF6混合氣體進行保護；
第三步，繼續(xù)升溫到純鎂完全熔化后，在720°C加入Zn，Mg-25wt.%Y中間合金。Mg-25wt. %Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地擴散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩；
第四步，升溫到750°C并保溫2(T30min，待中間合金、純Zn完全熔化；第五步，用C2Cl6進行熔體精煉處理，精煉后除渣并將溫度降至700°C，澆入空冷金屬型成型。合金的整個熔煉澆注過程均在C02+0. 5vol%SFjg合氣體保護下進行；
第六步，進行熱處理。合金首先在450°C下固溶16小時后，接著在500°C固溶20小時。待固溶處理后，試樣在360°C下進行24小時的人工時效處理。合金時效組織同 樣為a-Mg固溶體，其內部分布著細小I-phase，且準晶形態(tài)近似球狀。對合金試樣進行力學性能分析，結果表明該合金室溫的最大抗拉強度為266MPa，屈服強度為62MPa，延伸率為7%。
權利要求
1.一種準晶增強高強鎂合金及其制備方法，其特征在于 選擇Mg-Zn-Y合金，該合金中化學元素質量百分比5. 0-6. 0% Zn, I. 0% Y，余量為Mg，且Zn與Y質量比介于5 6之間，其中Zn以純Zn加入，Y以Mg_25wt. %Y中間合金形式加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。
2.一種制備如權利要求I所述高強鎂合金的方法，其特征在于，制備過程為 第一步，將坩堝預熱到200°C，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料； 第二步，將坩堝加熱到500 °C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內并開始通入C02+0. 5vol%SF6混合氣體進行保護； 第三步，繼續(xù)升溫到720°C待純鎂完全熔化后，加入純Zn，Mg-25wt. %Y中間合金； 第四步，升溫到750°C并保溫2(Γ30分鐘待中間合金、純Zn完全熔化； 第五步，用C2Cl6進行熔體精煉處理，精煉后除渣并將溫度降至700°C，澆入金屬型模具中成型，合金的整個熔煉澆注過程均在C02+0. 5vol%SF6混合氣體保護下進行； 第六步，進行熱處理，合金首先在450°C下固溶16小時后，接著在500°C固溶20小時，固溶處理后，試樣在360°C下進行24小時的人工時效處理。
3.—種如權利要求I所述高強鎂合金，其組織特征為合金組織由a-Mg+1-phase兩相組成；a_Mg為Zn、Y在鎂基體中的固溶體，I-phase為時效析出的二十面體準晶相。
全文摘要
本發(fā)明是一種高強度鎂合金及其制備方法，特別是一種通過固溶時效析出細小近球狀準晶相增強高強度Mg-Zn-Y合金。本發(fā)明的合金中化學元素質量百分比5.0-6.0%Zn，1.0%Y，余量為Mg，且Zn與Y質量比介于5~6之間。其中Zn以純Zn加入，Y以Mg-25wt.%Y中間合金形式加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。本發(fā)明鎂合金經過預熱、熔煉、精煉、金屬型成型和熱處理后得到的合金組織為a-Mg固溶體和二十面體準晶相，且準晶形態(tài)近似球狀，尺寸細小。彌散析出的準晶顆粒依靠對位錯的強釘扎和與基體形成牢固的界面，可顯著增強鎂合金。本發(fā)明的高強鎂合金，其抗拉強度大于250MPa，延伸率大于5%。本發(fā)明可進一步推動高強鎂合金在航空、航天、交通等眾多領域的廣泛應用。
文檔編號C22F1/06GK102618766SQ20121011986
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權日2012年4月23日
發(fā)明者萬迪慶, 劉雅娟 申請人:華東交通大學