[发明专利]一种细晶超塑性耐热镁合金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料，特别提供了一种细晶超塑性耐热镁合金制备方法，适用于加工含有粗大且不均匀分布第二相的耐热镁合金。

背景技术

超塑性是在特定的温度和应变速率下材料塑性显著提高的现象，对于塑性较差的材料，超塑成型是一种非常重要的整体工业部件成型工艺，在汽车、航空等工业领域具有广泛应用。镁合金为密排六方结构，塑性较低，成型性差，因而超塑成型对于镁合金就显得非常重要。取得结构超塑性有两个主要前提，第一是晶粒尺寸一般要小于10微米，第二是细晶在高温超塑性变形过程中应保持相对稳定，这需要有细小弥散分布的热稳定第二相粒子阻止晶粒的长大。含有Y、Nd、Gd等元素的镁合金是近年来发展的高强耐热镁合金，这些元素在Mg中的固溶度随温度变化差异较大，并可以与Mg及其它合金元素形成化合物。通过固溶时效处理，这些化合物可形成弥散质点分布在Mg基体中，由此可以阻止位错滑移并可以钉扎晶界，因而含这些元素的镁合金不仅具有高强度，而且热稳定性好。但在铸态下这些化合物尺寸粗大且分布不均匀，因而要获得超塑性，不仅需要细化晶粒，还需要破碎粗大耐热相并使其均匀分布或固溶入基体。传统的热加工(挤压和轧制)和强塑性变形工艺(等通道角挤压和高压扭转)虽然可以有效细化晶粒，但对第二相粒子分布改善效果不够理想，尤其是加工工序繁杂，增加了制备成本。

搅拌摩擦加工是在搅拌摩擦焊基本原理基础上发展起来的一种新的金属材料塑性加工技术。与其它塑性加工技术相比，搅拌摩擦加工工序简单且高效，尤其是破碎和混合作用强，不仅可细化基体晶粒，而且可以破碎第二相粒子并使其均匀分布甚至使其固溶入基体。采用该技术已在几种商业铝合金中获得了细晶超塑性结构，取得良好的超塑性性能(ActaMaterialia，vol.50，No.17(2002)p.4419-4430；Scripta Materialia，vol.50，No.7(2004)p.931-935)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细晶超塑性耐热镁合金制备方法，适用于加工含有粗大且不均匀分布第二相的耐热镁合金。

本发明提供了一种细晶超塑性耐热镁合金制备方法，其特征在于：采用搅拌摩擦加工技术对含有粗大且不均匀分布第二相的耐热镁合金进行加工，在细化镁基体晶粒的同时，破碎耐热相并使其在基体中均匀分布或者使其固溶入基体，以便获得良好的超塑性变形能力。

本发明细晶超塑性耐热镁合金制备方法中，对含有稀土元素钇(Y)、钕(Nd)、钆(Gd)、镝(Dy)、钐(Sm)、以及钙(Ca)的耐热镁合金进行搅拌摩擦加工，加工工具转速300-4000转/分钟、行进速度25-1000毫米/分钟，加工道次1-5次。本发明不仅适用于所开展研究的耐热镁合金，还适用于通过添加其它合金元素形成弥散质点强化的耐热镁合金。

本发明提出了一个新的细晶超塑性耐热镁合金制备方法，通过搅拌摩擦加工工具所产生的剧烈塑性变形和材料混合，不仅明显细化基体晶粒，而且使粗大且不均匀分布的耐热相粒子破碎并均匀分布于基体中或者使其固溶入基体，形成典型的细晶超塑性结构。与传统的挤压、轧制和强塑性变形工艺(等通道角挤压和高压扭转)相比，搅拌摩擦加工不仅工艺简单，而且第二相更加细小、分布更加均匀，使镁合金的热稳定性进一步提高。不仅可改善超塑性性能，而且可以提高超塑性成型速率。因此，这种新的细晶超塑性耐热镁合金制备工艺将有着广阔的工业应用前景。

具体实施方式

实施例1

使用6毫米厚的Mg-6Zn-1Y-0.5Zr挤压板材进行搅拌摩擦加工，在工具转速800转/分钟、行进速度100毫米/分钟的加工参数下，获得晶粒尺寸5微米、W相(Mg₃Zn₃Y₂)粒子细小、均匀分布的细晶结构。超塑性拉伸试验显示，在400-450℃的温度区间内均获得良好的超塑性性能，在450℃、3×10^-3s^-1的较高应变速率下取得640％的最大超塑性。

比较例1

上述未进行搅拌摩擦加工的Mg-6Zn-1Y-0.5Zr挤压板材，晶粒尺寸大约15微米，W相(Mg₃Zn₃Y₂)粒子粗大、且分布不均匀。超塑性拉伸试验显示，最大超塑性是280％，在450℃和3×10^-4s^-1的低应变速率下取得。

实施例2