[发明专利]一种用于Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金中LPSO相的调控制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于调控Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金的LPSO相含量和一维尺寸的工艺，属于热处理技术领域。

背景技术

镁合金因其具有低密度，高比强、比刚度，高阻尼性能以及电磁屏蔽性能，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，被视为在汽车轻量化领域取代钢铁材料的希望。然而，由于镁合金缺乏有效的强化相及对第二相体积控制的有效控制手段，造成力学性能无法达到主要承载结构材料的需求，应用受到了极大的限制。

日本学者Kawamura在2001年通过快速凝固/粉末冶金的方法，制备了含有LPSO相的Mg-Zn-Y合金，具有优异的综合力学性能(Y.Kawamura,K.Hayashi,A.Inoue.Mater.Trans.42(2001)1171-1174)。然而该制备方法由于制备过程复杂，成本高昂，而且无法大规模制备，应用受到限制。通过进一步研究发现，在特定RE稀土镁合金中，当Zn/RE原子比符合一定的范围时，会形成不同的LPSO相。然而，这种伴随这种LPSO相的往往是粗大的Mg-RE二元相，这种连续粗大的组织与基体界面结合十分不好，同时，由于在铸造合金无法避免的合金成分偏析，造成LPSO相分布不均匀，也无法完全发挥LPSO相对合金基体的强化作用。此外，大多数镁合金都需要经过热变形加工后使用，LPSO相的含量与一维尺寸及分布，对后续热变形加工中的动态再结晶机制有着重要的影响，直接关系到合金最终状态的性能。

因此，如何消除粗大连续的初生组织,同时控制LPSO相的体积分数以及一维尺寸，是提高此类合金的性能的关键所在。本发明中涉及一种新的热处理工艺，他不同于常规的热处理手段，而是采用一种多步热处理工艺，其效果明显优于目前的普通热处理工艺。与目前常规热处理工艺相比，该工艺可以充分消除铸造合金中的成分偏析，最大程度上消除铸造合金中粗大连续的第二相，同时，可以控制合金中LPSO相的形貌与体积分数，做到简单有效的调控合金中LPSO相的体积分数和一维尺寸，消除粗大初生组织，显著提高了Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金的力学性能，为改善镁及镁合金的性能提供了一种有效的热处理新技术。

发明内容

本发明提供了一种用于调控Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金的LPSO相含量和一维尺寸的热处理工艺。

本发明的特征在于一种新的热处理工艺、方法。该发明适用于Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，其成分范围为：Gd:0～18wt％,Er:0～18wt％,Gd+Er:5～18wt％,优选同时含有Gd,Er的合金体系，0＜Zn/(Gd+Er)原子比或摩尔比≤1，Zr含量为0～0.6wt％，余量为Mg；将满足上述条件的铸造合金进行切割，第一步将合金置于热处理炉中，中温300℃～350℃保温15～60min，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉高温480℃～520℃保温3～8h,取出后迅速置于70℃热水中进行淬火；最后置于热处理炉次高温400℃～460℃保温12～50h,随炉冷却至350℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到含有LPSO相的合金样品。

采用本发明热处理工艺之后，消除了铸造合金中存在的成分偏析现象，使合金中粗大的初生相分解，稀土元素与锌元素均匀扩散在基体中，降低合金层错能，利于后续变形热加工时的动态再结晶的发生。特别是经过该热处理工艺之后，可得层片状LPSO，可以调控合金中LPSO相的体积分数(3.2～45.76％)，同时可以对LPSO相的一维尺寸进行控制，得到一维尺寸≤50微米，50至100微米以及≥100微米的LPSO相。均匀分布的LPSO相有利于阻碍合金基面位错的滑移，显著提高合金强度和塑性。本发明对难以控制的Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金的LPSO相含量和一维尺寸提供了一个全新的，便捷有效，切实可行的热处理工艺和方法，可以有效的调控该体系合金中LPSO相的含量、一维尺寸。

本发明的特点和有益效果

1.消除了铸造Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金中的成分偏析，有效改善合金的组织和性能。

2.中温保温后，可以使LPSO相在合金基体中更加均匀的析出与生长，有利于对合金基体的强化。

3.合金在经过本发明所示方法热处理之后，可以调控LPSO相的一维尺寸，以及体积分数(范围可达3.2～45.67％)，使其均匀分布在基体中，从而阻碍合金中基面位错的滑移，提高合金的性能。

附图说明

图1是本发明实施例1中的初生相和LPSO分布形貌。

图2是本发明实施例2中的初生相和LSPO分布形貌。