[发明专利]一种源自溶质均匀模型的高强高塑性Mg-Gd-Y-Zr铸造合金及其制备方法

说明书

一种源自溶质均匀模型的高强高塑性Mg‑Gd‑Y‑Zr铸造合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。该合金包含四种合金化元素，其质量百分比含量分别为：Gd元素为5.90.1，Y元素为1.60.1，Zr元素为0.40.1，其余为Mg元素。该合金经过525℃固溶处理6小时，200‑225℃时效处理64小时后，得到了305MPa的抗拉强度，186 MPa的屈服强度，9.0%的延伸率和49.1 GPa的弹性模量性能。该发明的益处在于发展了一种低稀土溶质含量的合金，有效降低了合金的成本和密度，在具有高的塑性性能的同时保证了超过300 MPa的高强度。

技术领域

本发明涉及一种源自溶质均匀模型的高强高塑性Mg-Gd-Y-Zr铸造合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。

背景技术

镁合金作为目前最轻的工程金属材料，具有比强度、比刚度高，阻尼减振性好，电磁屏蔽和导热性能强，易切削加工和易于回收等一系列独特的优点，在航空航天、汽车和3C（计算机、通信、消费类电子）等结构件产业中具有极大的发展前景。现阶段，商业用镁合金主要集中在Mg-Al体系和Mg-RE体系，包括中强度铸造合金AZ91，高塑性铸造合金AM50、AM60，高塑性变形合金AZ31和高强度铸造合金WE43、WE54。而针对航天航空和汽车等领域对轻质高强镁合金性能的高要求，传统牌号镁合金将无法胜任，亟需开发出更高性能镁合金。其中Mg-Gd-Y-Zr铸造合金由于其更高的强度及良好的耐热性得到广泛研究和开发。但是该合金的研究现状主要是通过添加更多组元的合金化元素，及不断调整各组员成分含量和热处理工艺参数，以大量的实验过程来收集数据，从而选择出具有优异性能的合金成分。且该合金的研究主要集中在合金元素Gd的质量百分比含量为8-15区间，使得合金具有很高的强度，却大大降低了合金的塑性。

所以，能否找到一种有效指导合金成分设计的方法，在保证合金的高强度的同时提升合金的塑性，是相关研究者们需要解决的问题。

发明内容

本发明基于现有Mg-Gd-Y-Zr铸造合金的成分，确定了该体系合金的成分与性能之间的规律，并提出了针对Mg-RE体系合金的溶质均匀模型，该模型通过建立固溶体中的溶质近程序局域结构，使得溶质能均匀分布于基体之中，得到最稳定的固溶体结构，从而确定了具有高结构稳定性的低溶质含量的Mg-Gd-Y-Zr铸造合金的理想成分。

本发明采用的技术方案是：一种源自溶质均匀模型的高强高塑性Mg-Gd-Y-Zr铸造合金，所述合金包含四种合金化元素，其质量百分比含量分别为：Gd元素为5.90.1，Y元素为1.6 0.1，Zr元素为0.4 0.1，其余为Mg元素。

所述的一种源自溶质均匀模型的高强高塑性Mg-Gd-Y-Zr铸造合金的制备方法，具体制备方法的步骤是：

（a）使用纯Mg锭和质量百分比成分分别为Mg-84Gd、Mg-25Y、Mg-30Zr的中间合金作为原料，采用中频电磁感应真空熔炼炉熔炼，永久模铸造方式，制备出Mg-Gd-Y-Zr铸造合金锭；

（b）测试实际合金成分并与名义成分进行比较，控制实验误差；

（c）利用DSC测试合金的相变点，并结合金相组织分析，确定合金的固溶温度和时间，其中固溶温度比相变温度低10-20℃；

（d）根据（c）中的结果，在520-530℃温度下对Mg-Gd-Y-Zr合金固溶处理6小时；

（e）将固溶处理后的Mg-Gd-Y-Zr合金置于油浴炉中进行时效处理，时效温度为和225℃，时效处理时间为64小时；

（f）对热处理之后的Mg-Gd-Y-Zr铸造合金的拉伸样品，进行拉伸性能测试，从而得到合金的力学性能数据。

所述合金的抗拉强度为305MPa，屈服强度为186 MPa，延伸率为9.0%，弹性模量为49.1 GPa。