本發(fā)明涉及金屬材料成形與加工領(lǐng)域，具體是涉及一種稀土鎂合金的熱變形強(qiáng)化方法，通過控制擠壓工藝和參數(shù)，在保持材料高強(qiáng)度的同時提高材料的塑性。
背景技術(shù)：
鎂合金由于其密度低、比強(qiáng)度高，同時兼具良好的抗蠕變性和抗震吸能等優(yōu)點，在國防、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。眾所周知，傳統(tǒng)的mg-al-zn和mg-zn-zr系合金強(qiáng)度較低，盡管在這些合金中，可以通過添加稀土元素（ce、la、nd和y），通過在高溫下形成穩(wěn)定的第二相，使得這類鎂合金在200℃及以上溫度時，具有高強(qiáng)度和良好的抗蠕變性，當(dāng)工作溫度達(dá)到250℃及以上時，這類鎂合金的力學(xué)性能一般會明顯降低。在mg-re系合金中，mg-gd系合金具有較穩(wěn)定的低蠕變速率和較高的蠕變抗力，其優(yōu)異的室溫和高溫力學(xué)性能甚至超過we54和qe22等商業(yè)鎂合金，得到了國內(nèi)外專家及學(xué)者的普遍關(guān)注。drits等人最早對mg-gd二元合金的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)其室溫強(qiáng)度可達(dá)400mpa以上，但其室溫下的延伸率不到2%，低的延伸率帶來的變形困難嚴(yán)重阻礙其廣泛應(yīng)用。因此，改善mg-gd系合金室溫塑性是耐熱鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題之一。
公開號為cn102828133a的中國專利申請公開了一種超高強(qiáng)高韌鎂合金的制備方法，其合金成份為gd：6～13%，y：2～6%，zr：0.3～0.8%，通過對半連續(xù)鎂合金鑄錠進(jìn)行強(qiáng)力熱變形，再將熱變形后鎂合金在110～150℃進(jìn)行快速溫變形，變形速度為15～24mm/s；快速溫變形后進(jìn)行140～250℃/23～38h時效熱處理，總變形量為10～40%。溫變形態(tài)合金室溫抗拉強(qiáng)度為610～647mpa，屈服強(qiáng)度為547～585mpa，斷后延伸率為6～10%。時效態(tài)合金室溫抗拉強(qiáng)度為710～749mpa，屈服強(qiáng)度為675～710mpa，斷后延伸率為3.8～6.9%。
公開號為cn102392165a的中國專利申請公開了一種具有高強(qiáng)度的變形鎂合金及其擠壓材的制備方法，其在mg-zn系合金的基礎(chǔ)上采用添加稀土合金元素，通過低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造制備鎂合金錠坯，然后進(jìn)行反向溫擠壓和t5熱處理。材料的室溫拉伸力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度390～420mpa，屈強(qiáng)比＞0.96，斷后延伸率＞7%。
公開號為cn102828133a的中國專利申請，是通過添加稀土元素和強(qiáng)力熱變形、快速溫變形來提高鎂合金的強(qiáng)度和延伸率，但合金的室溫變形能力仍有待提高；公開號為cn102392165a的中國專利申請，是通過電磁油滑半連續(xù)鑄造，結(jié)合反向溫擠壓來提高合金的強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，但合金的延伸率仍較低。由此可以看出，如何有效改善鎂合金的塑性是一個值得深入的課題。對變形鎂合金而言，通過對鎂合金微觀組織和織構(gòu)取向的控制來改善和提高變形鎂合金的塑性具有非常重要的意義。具體來說是通過改變鎂合金塑性成型方式，如引入大變形量剪切變形來改變基面的取向分布；另外一種是通過引入稀土元素后的粒子誘發(fā)形核機(jī)制，獲得取向隨機(jī)化分布的新晶粒，隨機(jī)生成的織構(gòu)可以消除一般變形鎂合金中出現(xiàn)的不對稱拉伸、壓縮變形抗力，減小或消除材料的各向異性。最典型的常規(guī)熱變形處理是單次等溫?zé)釘D壓，但很難將晶粒細(xì)化到10μm以下。在以往的研究中，提出了一些大塑性變形的理論方法，比如等徑角擠壓法、累積軋制以及高壓扭轉(zhuǎn)法等來獲得晶粒細(xì)小的微觀組織，甚至可以達(dá)到亞微米、納米級別；但是這些方法只適合制備小規(guī)格材料。因此，對于研發(fā)低成本高性能鎂合金還需廣大材料研究者長期不懈的努力。
綜上所述，研究開發(fā)出一種可以獲得室溫抗拉強(qiáng)度≥420mpa、良好延伸率≥10%；300℃時抗拉強(qiáng)度≥250mpa、良好延伸率≥30%的綜合力學(xué)性能優(yōu)良的鎂合金，對于滿足國防軍工、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域要求，具有重要的現(xiàn)實意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種能夠提高稀土鎂合金的強(qiáng)度與塑性的稀土鎂合金的熱變形強(qiáng)化方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
本發(fā)明所述的稀土鎂合金為mg-gd系合金，其重量組分百分比為：gd12.0%，y3.0%，zr0.6%，余量為mg。
本發(fā)明所述的稀土鎂合金的熱變形強(qiáng)化方法，其特點是包括以下步驟：
1)將金屬模重力鑄造的稀土鎂合金錠坯在525℃溫度下均勻化處理10～24h，然后用水冷卻，并去外皮；
2)將去皮后的稀土鎂合金錠坯在400～500℃的溫度下預(yù)熱0.5～2h，進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為5～30:1，擠壓速度為0.1～10m/min，擠壓模具和擠壓筒的溫度保持在380～420℃；
3)將熱擠壓后形成的稀土鎂合金棒材進(jìn)行二次靜液擠壓，棒材的預(yù)熱溫度為200～250℃，擠壓溫度為200℃，擠壓比為4～10:1，擠壓速度為1～6m/min，冷卻方式為水冷；
4)將靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在450～560℃保溫10～24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在180～250℃溫度下保溫10～48h進(jìn)行時效熱處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是：
1、工藝簡單、易于控制，可生產(chǎn)難變形金屬材料。高稀土含量鎂合金(re＞12%.wt)通常熱加工變形困難，晶粒難以有效細(xì)化。本發(fā)明利用一次擠壓預(yù)變形，合金經(jīng)過一次熱擠壓后，發(fā)生了顯著的動態(tài)再結(jié)晶；
2、二次靜液擠壓后其第二相變得十分細(xì)小，且分布更加均勻，使得稀土鎂合金棒材的力學(xué)性能大幅度提高。和一次擠壓相比，二次靜液擠壓生成的細(xì)小晶粒呈現(xiàn)出剪切帶方向與擠壓方向約35o關(guān)系。二次靜液擠壓后合金中有大量的再結(jié)晶新晶粒和沿著
3、通過適當(dāng)?shù)臅r效熱處理工藝，利用亞穩(wěn)相在不同溫度時所具有不同的析出序列產(chǎn)生不同的強(qiáng)化相來強(qiáng)化合金；
4、本發(fā)明操作簡單，只需兩個階段對坯料進(jìn)行熱變形即可，可實現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，有效降低生產(chǎn)成本。通過二次擠壓變形后，具有很高的表面質(zhì)量。
具體實施方式
本發(fā)明所述的稀土鎂合金為mg-gd系合金，其重量組分百分比為：gd12.0%，y3.0%，zr0.6%，余量為mg。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實施例1：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化10h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到400℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為9:1，擠壓速度為0.5m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在380℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫15min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為1m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在480℃保溫12h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在180℃，進(jìn)行12h時效熱處理。
實施例2：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化16h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到430℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為16:1，擠壓速度為1m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在400℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到250℃保溫15min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為9:1，擠壓速度為3m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在500℃保溫16h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在200℃，進(jìn)行16h時效熱處理。
實施例3：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化24h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到450℃保溫60min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為25:1，擠壓速度為5m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在420℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為3m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在525℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在225℃，進(jìn)行16h時效熱處理。
實施例4：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化10h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到400℃保溫30min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為9:1，擠壓速度為6m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在380℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫25min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為9:1，擠壓速度為4m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在560℃保溫12h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在250℃，進(jìn)行48h時效熱處理。
實施例5：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化16h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到430℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為16:1，擠壓速度為4m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在400℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為2m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在525℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在250℃，進(jìn)行24h時效熱處理。
實施例6：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化24h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到450℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為25:1，擠壓速度為4m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在420℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為2m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在525℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在225℃，進(jìn)行24h時效熱處理。
實施例7：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化24h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到450℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為25:1，擠壓速度為4m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在420℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為2m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在525℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在225℃，進(jìn)行24h時效熱處理。
實施例8：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化16h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到430℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為16:1，擠壓速度為6m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在400℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為2m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在460℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在225℃，進(jìn)行16h時效熱處理。
實施例9：
1.采用重力鑄造在10%sf6+90%co2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行稀土鎂合金熔煉，將精煉過的鎂熔體澆鑄在金屬模具中，獲得直徑200mm的稀土鎂合金圓錠，并將稀土鎂合金圓錠在525℃溫度下均勻化24h，然后用水冷卻，并去外皮；
2.熱擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁和擠壓筒內(nèi)壁均勻涂抹二硫化鉬鋰基潤滑劑進(jìn)行潤滑；然后將去皮后的鎂合金坯料加熱到450℃保溫45min后進(jìn)行一次擠壓，擠壓比為25:1，擠壓速度為6m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在420℃；
3.把一次擠壓后形成的稀土鎂合金圓棒加熱到200℃保溫20min，進(jìn)行二次靜液擠壓，擠壓比為4:1，擠壓速度為2m/min，擠壓模具和擠壓筒溫度保持在200℃；
4.二次靜液擠壓后的稀土鎂合金棒材在525℃保溫24h后進(jìn)行水淬固溶處理，然后在250℃，進(jìn)行24h時效熱處理。
二次擠壓的稀土鎂合金棒材經(jīng)時效熱處理后最大室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別可達(dá)：493mpa、446mpa和12.2%；300℃時最大抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別可達(dá)：288mpa、226mpa和39.9%。實施例的測試結(jié)果見表1。
表1實施例的測試結(jié)果
本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。