專利名稱：一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金板材及其制備方法。
背景技術：
鎂合金作為最輕質(zhì)的商用金屬工程結構材料，具有比強度和比彈性模量高、阻尼吸震降噪性能優(yōu)越、鑄造成型性好、易于回收利用等優(yōu)點，被譽為“21世紀綠色結構材料”， 具有廣泛的應用前景。近年來，鎂及其合金作為輕質(zhì)結構材料引起了廣泛的關注。在眾多鎂合金中，稀土鎂合金具有良好的蠕變抗力，因此，大量的精力被用于研究如何提高稀土鎂合金的強度。WEM合金是目前應用最廣泛的含Nd和Y的商業(yè)高強鎂合金。這種合金具有時效硬化的特點，并且薄片狀的析出物在時效初期均勻的分布在基體中，從而獲得高的蠕變抗力。近期發(fā)現(xiàn)在高溫情況下含Gd和Y元素的鎂合金具有比常規(guī)WE系鎂合金更高的強度。Anthony et al.優(yōu)化了 Gd 和 Y 在合金中的含量，發(fā)現(xiàn) Mg_2. lGd-0. 6Y-0. 2 (at % ) 合金在峰值硬度條件下表現(xiàn)出強度、延伸率與蠕變抗力相協(xié)調(diào)的良好綜合性能，此外，在 Mg-Gd-Y-Zr合金中添加Si元素，可以形成長周期堆垛結構(LPSO)，可以進一步提高合金的強度及高溫穩(wěn)定性，因此這種合金的力學性能要優(yōu)于商業(yè)WEM鎂合金，具有取代常規(guī)鎂合金的潛力。但是密排六方結構的鎂具有較低的對稱性，也導致了力學性能中很高的各向異性。室溫下，基面滑移占主導，而柱面錐面等滑移系統(tǒng)由于高的臨界剪切應力而較難開動。 所以六方結構的鎂合金的可加工性受到了限制，各向異性也比立方結構金屬顯著得多，并且添加稀土元素后，形成大量細小析出相，阻礙位錯運動，增加了材料的加工難度?，F(xiàn)有的軋制方法，一般單道次壓下量< 15%，無法生產(chǎn)出晶粒細小、組織均勻的超高強鎂合金板材，并且軋制過程容易開裂，限制了超高強鎂合金板材的尺寸，嚴重影響了板材的應用。因此現(xiàn)有的軋制方法制備的鎂合金板材存在晶粒粗大、組織不均勻、性能差問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的軋制方法制備的鎂合金板材存在晶粒粗大、組織不均勻、性能差問題，而提供一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法。一種超高強稀土鎂合金板材按質(zhì)量分數(shù)由2. 0% 17. 0% Gd、3. 0% 18. 0% Y, 0. 5% 3. 5% Si、0. 1. 5% ^ 和76. 0% 94. 0% Mg制備而成，且超高強稀土鎂合金板材中Gd與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5. 0%彡m彡20. 0%。一種超高強稀土鎂合金板材的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土鎂合金鑄錠首先按質(zhì)量分數(shù)2. 0% 17. 0% Gd、3. 0% 18. 0% Y、 0. 5% 3. 5% Ζη、0. 1. 5% Zr和76. 0% 94. 0% Mg配比材料，且配比的材料滿足Gd 與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5.0%<m <20.0%，然后采用砂模鑄造、金屬模鑄造或半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠；二、制備軋制坯料將步驟一制備的稀土鎂合金鑄錠在400°C 550°C下進行6h Mh的均勻化退火處理，然后將經(jīng)過均勻化退火處理的稀土鎂合金鑄錠切割成厚度為15mm 300mm、寬度為60mm 500mm、長度為IOOmm 3000mm的軋制坯料； 三、軋制將步驟二制備的軋制坯料放入加熱爐中進行預熱，預熱溫度為300°C 500°C，預熱時間為5min 120min，然后采用預熱后的軋輥對預熱后的軋制坯料進行開坯軋制，軋輥的預熱溫度為200°C 500°C，首先以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為10% 30%進行1 5道次開坯軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iiin 60min，得到開坯軋制后板材，然后對開坯軋制后板材以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為 30% 80%繼續(xù)軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iin 60min，最后一道次的壓下量為40% 50%，且終軋后板材的累計變形量> 90%，將終軋后板材進行淬火處理，然后冷卻至室溫即得到待時效處理的稀土鎂合金板材；四、時效處理在150°C 400°C 下將步驟三得到待時效處理的稀土鎂合金板進行時效處理，時效處理時間為0. 05 300h， 得到時效處理后稀土鎂合金板材，然后將時效處理后稀土鎂合金板材進行淬火處理，即得到超高強稀土鎂合金板材。本發(fā)明的優(yōu)點一、本發(fā)明制備的超高強稀土鎂合金板材晶粒細小、組織均勻； 二、本發(fā)明制備的超高強稀土鎂合金板材在室溫下進行檢測可知抗拉強度為460MPa 520MPa，屈服強度為360MPa 430MPa，延伸率為4% 20%。


圖1是對試驗一步驟一至四得到產(chǎn)物進行性能測試得到的工程應變-工程應力曲線圖，圖中·表示步驟一得到稀土鎂合金鑄錠的工程應變-工程應力曲線圖，圖中 表示步驟二得到軋制坯料的工程應變-工程應力曲線圖，圖中▲表示步驟三得到軋制后板材的工程應變-工程應力曲線圖，圖中▼表示步驟一得到稀土鎂合金板材的工程應變-工程應力曲線圖；圖2是試驗一制備的稀土鎂合金板材的1000倍光學顯微組織；圖3是對試驗二步驟一至四得到產(chǎn)物進行性能測試得到的工程應變-工程應力曲線圖，圖中■表示步驟一得到稀土鎂合金鑄錠的工程應變-工程應力曲線圖，圖中 表示步驟二得到軋制坯料的工程應變-工程應力曲線圖，圖中▲表示步驟三得到軋制后板材的工程應變-工程應力曲線圖，圖中▼表示步驟一得到稀土鎂合金板材的應變-應力曲線圖；圖4是試驗二制備的稀土鎂合金板材的1000倍光學顯微組織。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式一種超高強稀土鎂合金板材按質(zhì)量分數(shù)由2. 0% 17. 0% Gd、3. 0% 18. 0% Υ、0· 5% 3. 5% Ζη、0· 1. 5% Zr 和 76. 0% 94. 0% Mg 制備而成，且超高強稀土鎂合金板材中Gd與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5. 0%< m < 20. 0%。本實施方式制備的超高強稀土鎂合金板材晶粒細小、組織均勻。本實施方式制備的超高強稀土鎂合金板材在室溫下進行檢測可知抗拉強度為 460MPa 520MPa，屈服強度為360MPa 430MPa，延伸率為4% 20%。
具體實施方式
二 本實施方式一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土鎂合金鑄錠首先按質(zhì)量分數(shù)2. 0% 17. 0% Gd、3. 0% 18. 0% Y、 0. 5% 3. 5%Zn,0. 1. 5% Zr和76. 0% 94. 0% Mg配比材料，且配比的材料滿足Gd與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5.0%≤m ≤20.0%，然后采用砂模鑄造、金屬模鑄造或半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠；二、制備軋制坯料將步驟一制備的稀土鎂合金鑄錠在400°C 550°C下進行6h Mh的均勻化退火處理，然后將經(jīng)過均勻化退火處理的稀土鎂合金鑄錠切割成厚度為15mm 300mm、寬度為60mm 500mm、長度為IOOmm 3000mm的軋制坯料； 三、軋制將步驟二制備的軋制坯料放入加熱爐中進行預熱，預熱溫度為300°C 500°C，預熱時間為5min 120min，然后采用預熱后的軋輥對預熱后的軋制坯料進行開坯軋制，軋輥的預熱溫度為200°C 500°C，首先以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為10% 30%進行1 5道次開坯軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iiin 60min，得到開坯軋制后板材，然后對開坯軋制后板材以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為 30% 80%繼續(xù)軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iin 60min，最后一道次的壓下量為40% 50%，且終軋后板材的累計變形量> 90%，將終軋后板材進行淬火處理，然后冷卻至室溫即得到待時效處理的稀土鎂合金板材；四、時效處理在150°C 400°C 下將步驟三得到待時效處理的稀土鎂合金板進行時效處理，時效處理時間為0. 05 300h， 得到時效處理后稀土鎂合金板材，然后將時效處理后稀土鎂合金板材進行淬火處理，即得到超高強稀土鎂合金板材。本實施方式制備的超高強稀土鎂合金板材晶粒細小、組織均勻。本實施方式制備的超高強稀土鎂合金板材在室溫下進行檢測可知抗拉強度為 460MPa 520MPa，屈服強度為360MPa 430MPa，延伸率為4% 20%。采用下述試驗驗證發(fā)明效果試驗一一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土鎂合金鑄錠首先按質(zhì)量分數(shù)8. 3% Gd,3.8% YU. 0% Ζη、0· 4% Zr 和86. 5% Mg配比材料，然后采用半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠；二、制備軋制坯料 將步驟一制備的稀土鎂合金鑄錠在510°C下進行12小時的均勻化退火處理，然后將經(jīng)過均勻化退火處理的稀土鎂合金鑄錠切割成厚度為30mm、寬度為120mm、長度為150mm的軋制坯料；三、軋制將步驟二制備的軋制坯料放入加熱爐中進行預熱，預熱溫度為420°C，預熱時間為40min，然后采用預熱后的軋輥對預熱后的軋制坯料進行開坯軋制，軋輥的預熱溫度為400°C，首先以軋制速度為7m/min、單道次壓下量為20%進行1道次開坯軋制，每道次軋制結束后在420°C保溫lOmin，得到開坯軋制后板材，然后對開坯軋制后板材以軋制速度為7m/min、單道次壓下量為30% 80%繼續(xù)軋制，每道次軋制結束后在420°C保溫lOmin， 最后一道次的壓下量為50%，且終軋后板材的累計變形量96%，將終軋后板材采用20°C的水進行淬火處理，然后冷卻至室溫即得到待時效處理的稀土鎂合金板材；四、時效處理在 200°C下將步驟三得到待時效處理的稀土鎂合金板進行時效處理，時效處理時間為^h，得到時效處理后稀土鎂合金板材，然后將時效處理后稀土鎂合金板材采用20°C的水進行淬火處理，即得到超高強稀土鎂合金板材。本試驗步驟一所述的材料為2#鎂錠、Mg_30wt% Gd中間合金、Mg_30wt% Y中間合金、1#鋅錠和Mg-25wt% Zr中間合金。在室溫下對本試驗每個步驟得到產(chǎn)物的性能測試，得到工程應力-工程應變曲線圖，如圖1所示，通過圖1可知本試驗步驟三制備的軋制后的板材抗拉強度為403MPa，屈服強度為318MPa，延伸率為13. 7% ；通過圖1可知本試驗步驟四最終制備的超高強稀土鎂合金板材抗拉強度為517MPa，屈服強度為^6MPa，延伸率為4. 5%。對本試驗制備的超高強稀土鎂合金板材采用光學顯微觀察，得到1000倍的光學顯微組織，如圖2所示，通過圖2可知本試驗制備的超高強稀土鎂合金板材晶粒細小、組織均勻。試驗二 一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法，具體是按以下步驟完成的一、制備稀土鎂合金鑄錠首先按質(zhì)量分數(shù)8. 3% Gd,3.8% YU. 0% Zn、0. 4% Zr 和86. 5%Mg配比材料，然后采用半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠；二、制備軋制坯料將步驟一制備的稀土鎂合金鑄錠在510°C下進行12小時的均勻化退火處理，然后將經(jīng)過均勻化退火處理的稀土鎂合金鑄錠切割成厚度為15mm、寬度為120mm、長度為IOOmm的軋制坯料；三、軋制將步驟二制備的軋制坯料放入加熱爐中進行預熱，預熱溫度為400°C，預熱時間為25min，然后采用預熱后的軋輥對預熱后的軋制坯料進行開坯軋制，軋輥的預熱溫度為 400°C，首先以軋制速度為6m/min、單道次壓下量為20%進行1道次開坯軋制，每道次軋制結束后在400°C保溫7min，得到開坯軋制后板材，然后對開坯軋制后板材以軋制速度為6m/ min、單道次壓下量為30 % 80 %繼續(xù)軋制，每道次軋制結束后在400 °C保溫7min，最后一道次的壓下量為60%，且終軋后板材的累計變形量90%，將終軋后板材采用20°C的水進行淬火處理，然后冷卻至室溫即得到待時效處理的稀土鎂合金板材；四、時效處理在200°C 下將步驟三得到待時效處理的稀土鎂合金板進行時效處理，時效處理時間為32h，得到時效處理后稀土鎂合金板材，然后將時效處理后稀土鎂合金板材采用20°C的水進行淬火處理， 即得到超高強稀土鎂合金板材。本試驗步驟一所述的材料為2#鎂錠、Mg_30wt% Gd中間合金、Mg_30wt% Y中間合金、1#鋅錠和Mg-25wt% Zr中間合金。在室溫下對本試驗每個步驟得到產(chǎn)物的性能測試，得到工程應力-工程應變曲線圖，如圖3所示，通過圖3可知本試驗步驟三制備的軋制后的板材抗拉強度為393MPa，屈服強度為311MPa，延伸率為16. 5% ；通過圖3可知本試驗步驟四最終制備的超高強稀土鎂合金板材抗拉強度為466MPa，屈服強度為405MPa，延伸率為2. 8%。對本試驗制備的超高強稀土鎂合金板材采用光學顯微觀察，得到1000倍的光學顯微組織，如圖4所示，通過圖4可知本試驗制備的超高強稀土鎂合金板材晶粒細小、組織均勻。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二的不同點是步驟一中所述的材料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、純Si錠、Mg-Zn中間合金和中間合金。其它與具體實施方式
二相同。
權利要求
1.一種超高強稀土鎂合金板材，其特征在于稀土鎂合金板材按質(zhì)量分數(shù)由2.0% 17. 0% Gd、3. 0% 18. 0% Υ、0· 5% 3. 5% Ζη、0· 1. 5% Zr 和 76. 0% 94. 0% Mg 制備而成，且超高強稀土鎂合金板材中Gd與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5. 0%彡m彡20. 0%。
2.如權利要求1所述的一種超高強稀土鎂合金板材的制備方法，其特征在于稀土鎂合金板材的制備方法是按以下步驟完成的一、制備稀土鎂合金鑄錠首先按質(zhì)量分數(shù)2.0% 17.0% Gd、3.0% 18.0% Y、 0. 5% 3. 5%Zn,0. 1. 5% Zr和76. 0% 94. 0% Mg配比材料，且配比的材料滿足Gd 與Y的質(zhì)量分數(shù)之和為m，5.0%<m <20.0%，然后采用砂模鑄造、金屬模鑄造或半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠；二、制備軋制坯料將步驟一制備的稀土鎂合金鑄錠在40(TC 550°C下進行6h Mh的均勻化退火處理，然后將經(jīng)過均勻化退火處理的稀土鎂合金鑄錠切割成厚度為15mm 300mm、寬度為60mm 500mm、長度為IOOmm 3000mm的軋制坯料； 三、軋制將步驟二制備的軋制坯料放入加熱爐中進行預熱，預熱溫度為300°C 500°C，預熱時間為5min 120min，然后采用預熱后的軋輥對預熱后的軋制坯料進行開坯軋制，軋輥的預熱溫度為200°C 500°C，首先以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為10% 30%進行1 5道次開坯軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iiin 60min，得到開坯軋制后板材，然后對開坯軋制后板材以軋制速度為1 lOm/min、單道次壓下量為 30% 80%繼續(xù)軋制，每道次軋制結束后在200°C 500°C保溫^iin 60min，最后一道次的壓下量為40% 50%，且終軋后板材的累計變形量> 90%，將終軋后板材進行淬火處理，然后冷卻至室溫即得到待時效處理的稀土鎂合金板材；四、時效處理在150°C 400°C 下將步驟三得到待時效處理的稀土鎂合金板進行時效處理，時效處理時間為0. 05 300h， 得到時效處理后稀土鎂合金板材，然后將時效處理后稀土鎂合金板材進行淬火處理，即得到超高強稀土鎂合金板材。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種超高強稀土鎂合金板材的制備方法，其特征在于步驟一中所述的材料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、Mg-Y中間合金、純Si錠、Mg-Si中間合金和中間合金。
全文摘要
一種超高強稀土鎂合金板材及其制備方法，它涉及一種鎂合金板材及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的軋制方法制備的鎂合金板材存在晶粒粗大、組織不均勻、性能差問題。本發(fā)明超高強稀土鎂合金板材按質(zhì)量分數(shù)由2.0％～17.0％Gd、3.0％～18.0％Y、0.5％～3.5％Zn、0.1％～1.5％Zr和76.0％～94.0％Mg制備而成。方法首先采用砂模鑄造、金屬模鑄造或半連續(xù)鑄造制備成稀土鎂合金鑄錠，其次采用均勻化退火處理，并切割成軋制坯料，再次采用開坯軋制得到軋制后的板材；最后經(jīng)時效處理得到超高強稀土鎂合金板材。本發(fā)明主要用于制備超高強稀土鎂合金板材。
文檔編號C22F1/06GK102337441SQ201110331370
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者喬曉光, 吳昆 , 徐超, 杜玉洲, 王爾德, 王曉軍, 胡小石, 鄭明毅, 陳英時 申請人:哈爾濱工業(yè)大學