高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，快速凝固可以有效地細(xì)化金屬及合金的晶粒，擴(kuò)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(nèi)生成細(xì)小彌散的沉淀相，提高其力學(xué)性能。快速凝固作為一種新型的金屬材料制備技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛用于新材料的研制中，快速凝固技術(shù)的問世也為高性能鎂合金結(jié)構(gòu)材料的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本發(fā)明通過快速凝固技術(shù)，獲得細(xì)小的鎂合金晶粒，并擴(kuò)大合金元素Gd、Y在基體α-Mg中的溶解度，由于細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的結(jié)果，提高合金的力學(xué)性能；將快速凝固獲得的Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金進(jìn)行不同溫度、不同時(shí)間的時(shí)效處理，進(jìn)一步提高其力學(xué)性能。
【專利說明】高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] ：本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法。

【背景技術(shù)】 [0002] ：鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、減震性好、易切削加工和尺寸穩(wěn)定好，可 實(shí)現(xiàn)回收循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，使得鎂合金在汽車工業(yè)、兵器、電子和航空航天等高新【技術(shù)領(lǐng)域】 中倍受青睞。但是鎂合金的強(qiáng)度和塑性等力學(xué)性能普遍較低，因此研究新型提高鎂合金力 學(xué)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(xué)性能，特別是復(fù)合添加 GcUY 等重稀土元素成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。研究表明，Mg-Gd-Y合金具有很好的室溫及高溫力學(xué) 性能，是目前世界上高強(qiáng)度鎂合金系之一。近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(duì)鑄態(tài)及擠壓態(tài)、熱處理等常規(guī)制備方法及工藝上。 將快速凝固技術(shù)應(yīng)用于Mg-Gd-Y合金的制備，并通過熱處理進(jìn)一步提高其力學(xué)性能卻未見 報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，其目的是解決以往 鎂合金力學(xué)性能不理想的問題。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，其特征在于：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 于預(yù)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(yīng)爐中，在真空度為 LOX KT3Pa下的高真空和氬氣保護(hù)下加熱熔化，并在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬溶 液注入銅模，制備尺寸為0 3 x60mm合金棒。
[0008] 2)對(duì)步驟1)的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度為150?300°C，時(shí)間為1?28h， 保溫后空冷。
[0009] 步驟2)合金時(shí)效的加熱溫度為200°C，保溫時(shí)間為4h，保溫后空冷。
[0010] 所述時(shí)效處理的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預(yù)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(shí)發(fā)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，然后把爐溫升溫至預(yù)定溫度后使其恒溫，保溫預(yù)定時(shí)間。到 時(shí)間后把樣品取出放到空氣中冷卻。
[0011] 優(yōu)點(diǎn)及效果：本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，快速凝固可以有效 地細(xì)化金屬及合金的晶粒，擴(kuò)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(nèi)生成細(xì)小彌散的沉淀相，提高其力學(xué)性能。快速凝固作為一種新型的金屬材料制備技 術(shù)，目前已經(jīng)廣泛用于新材料的研制中，快速凝固技術(shù)的問世也為高性能鎂合金結(jié)構(gòu)材料 的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0012] 本發(fā)明通過快速凝固技術(shù)，獲得細(xì)小的鎂合金晶粒，并擴(kuò)大合金元素 GcU Y在基 體a -Mg中的溶解度，由于細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的結(jié)果，提高合金的力學(xué)性能；將快速凝固 獲得的Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金進(jìn)行不同溫度、不同時(shí)間的時(shí)效處理，進(jìn)一步提高其力學(xué)性 能。
[0013] 本發(fā)明采用快速凝固方法制備合金，由于冷卻速度非?？欤c普通的金屬型及砂 型鑄造相比有如下特點(diǎn)
[0014] 1)凝固后獲得的組織為細(xì)小的過飽和a _Mg(Gd、Y)固溶體和少量的第二相。其 中晶粒細(xì)化是快速凝固鎂合金的重要特征。鎂合金的Hall-Patch因子k比鋁合金的高，因 此通過晶粒細(xì)化提高鎂合金力學(xué)性能，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁合金；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(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，同時(shí)過 飽和Ci-Mg(GcUY)固溶體的形成又為時(shí)效時(shí)第二相的析出提供了有利的條件。
[0015] 2)對(duì)快速凝固的Mg-Gd-Y合金進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理后，于晶內(nèi)及晶界處析出細(xì)小 彌散分布的第二相，這些細(xì)小彌散第二相粒子對(duì)位錯(cuò)及晶界起到釘扎作用，有效地強(qiáng)化晶 界、阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度?？焖倌蘉g-Gd-Y合金中起強(qiáng)化作用的彌散相有 GdMg, Gd2Mg, Gd3Mg0
[0016] 本發(fā)明的快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金力學(xué)性能上的特點(diǎn)是室溫合金的抗壓 強(qiáng)度（6b)最高達(dá)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(tài)顯微組織圖。
[0018] 圖2是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金再經(jīng)200°C 4h時(shí)效的顯微組織圖。
[0019] 圖3是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0. 5Zr合金再經(jīng)250°C 8h時(shí)效的顯微組織圖。

【具體實(shí)施方式】 [0020] ：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0021] 如圖1所示，為本發(fā)明的一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，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 于預(yù)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(yīng)爐中，在真空度為 I. OX IO-3Pa下的高真空和氬氣保護(hù)下加熱熔化，并在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬 溶液注入銅模，制備尺寸為0 3 x60mm合金棒。
[0023] 2)對(duì)步驟1)的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度為150?300°C，時(shí)間為1?28h， 保溫后空冷。
[0024] 步驟2)合金時(shí)效的加熱溫度優(yōu)選為200°C，保溫時(shí)間優(yōu)選為4h，保溫后空冷。
[0025] 所述時(shí)效處理的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預(yù)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(shí)發(fā)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，然后把爐溫升溫至預(yù)定溫度后使其恒溫，保溫預(yù)定時(shí)間。到 時(shí)間后把樣品取出放到空氣中冷卻。 實(shí)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 右置于預(yù)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(yīng)爐中，在真空 度為I. OX KT3Pa下的高真空和氬氣保護(hù)下加熱熔化，并在一定的壓力差下用高純氬氣將 金屬溶液注入銅模，制備尺寸為〇3X60mm合金棒。將制備好的Mg-Gd-Y合金棒用J0780-4 型線切割機(jī)切割成長(zhǎng)度約5mm的試樣。
[0027] 2)對(duì)步驟1)的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度分別為150?300°C，時(shí)間分別 為1?28h,保溫后空冷。
[0028] 本實(shí)施例所得的Mg-13Gd-4Y_0. 5Zr合金的壓縮強(qiáng)度的測(cè)試方法：將制備好的 Mg-Gd-Y合金棒用J0780-4型線切割機(jī)切割成尺寸為〇3X5mm的試樣。在國(guó)產(chǎn)CSS-55100 型電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，壓縮應(yīng)變速率為L(zhǎng)OXKT2s'溫度為室溫。結(jié)果如表 1所示。
[0029] 表1合金的抗壓強(qiáng)度
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，其特征在于：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。置于 預(yù)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(yīng)爐中，在真空度為 1.0Xl(T3Pa下的高真空和氬氣保護(hù)下加熱熔化，并在一定的壓力差下用高純氬氣將金屬溶 液注入銅模，制備尺寸為0 3 x60mm合金棒； 2) 對(duì)步驟1)的合金進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度為150?300°C，時(shí)間為1?28h，保 溫后空冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，其特征在于：步驟2)合金時(shí) 效的加熱溫度為200°C，保溫時(shí)間為4h，保溫后空冷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度Mg-Gd-Y合金制備方法，其特征在于：所述時(shí)效處理 的步驟為：將箱式電阻爐升溫到預(yù)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(shí)發(fā)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，然后把爐溫升溫至預(yù)定溫度后使其恒溫，保溫預(yù)定時(shí)間。到時(shí)間后把樣品取出放到 空氣中冷卻。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK104451313SQ201410708418
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】孫晶, 郭全英, 毛萍莉, 劉正 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)