[发明专利]一种原子偏聚和原子团簇强化Mg-Gd-Y-Zr镁合金方法

说明书

本发明涉及一种原子偏聚和原子团簇强化Mg‑Gd‑Y‑Zr镁合金方法。所述镁合金质量百分比成分为：Mg‑7~9Gd‑2.5~3.5Y‑0.2~0.45Zr，将合金棒材在0~200℃进行旋锻，控制道次变形量为1~10%，总变形量为10~60%，旋锻过程采用油润滑，润滑剂流动速度为0.5~1.5m³/h，控制进料速度为1~10mm/min，每道次变形后改变进料方向，旋锻变形后晶界Gd、Y元素浓度是晶内的1.2~2.5倍，原子团簇尺寸为3~15nm，所得镁合金屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥5%。

技术领域

本发明涉及高性能镁合金领域，特别涉及一种镁合金强化方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼等优点，作为新一代轻质结构材料，其优异的减重特性对航空航天、交通运输等领域具有重要意义。然而现存镁合金普遍强度偏低，难以满足高精尖领域对高性能镁合金的需求。现存镁合金强化手段有固溶强化、细晶强化、第二相强化和弥散强化，但现有镁合金强化手段难以将镁合金强度提升至600MPa。因而探索新型镁合金强化机制、发展新型镁合金强化技术对高强、甚至超高强镁合金制备具有重要意义。

发明内容

本发明在于提供一种原子偏聚和原子团簇强化Mg-Gd-Y-Zr镁合金方法。所述镁合金质量百分比成分为：Mg-7~9Gd-2.5~3.5Y-0.2~0.45Zr，对Mg-Gd-Y-Zr合金棒材在0~200℃进行旋锻变形，控制道次变形量为1~10%，总变形量为10~60%，旋锻过程采用油润滑，润滑剂流动速度为0.5~1.5m³/h，控制进料速度为1~10mm/min，每道次变形后改变进料方向。利用旋锻变形产生的位错和变形热使得Gd、Y元素在晶界发生偏聚并在晶内形成纳米量级原子团簇，晶界Gd、Y元素浓度是晶内的1.2~2.5倍，原子团簇尺寸为3~15nm，所得镁合金屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥5%。

所述的旋锻变形，控制道次变形量为1~5%。

所述的旋锻变形，控制总变形量为10~30%。

所述的旋锻变形，控制润滑剂流动速度为1~1.5m3/h。

所述的旋锻变形，控制进料速度为8~10mm/min。

本发明的优点有：

1.旋锻变形可以产生高的应变速度，诱发大量位错开动，位错在晶界的累积可为稀土元素扩散提供通道。选用旋锻变形方式是实现稀土元素偏聚的关键因素。

2.变形过程中材料的温度决定了稀土元素在镁合金中的扩散速度，温度过高时稀土元素扩散过快、易导致稀土元素富集、在晶界处形成块状富稀土相，富稀土相的形成会严重降低镁合金的力学性能。温度过低时，稀土元素扩散速度过慢，难以形成晶界偏聚和晶内团簇。旋锻变形过程材料可达到的温度由材料初始温度、变形过程中产生的变形热以及变形过程中润滑剂、模具导热等造成的温降有关。大量试验探索表明：在0~200℃旋锻变形，控制总变形量为10~60%，润滑剂流动速度为0.5~1.5m³/h，才能实现稀土元素在晶界的有效偏聚以及形成晶内团簇，且不产生块状相。

具体实施方式

实施例1

所用镁合金质量百分比成分为Mg-8Gd-3Y-0.4Zr，将Mg-Gd-Y-Zr合金棒材在室温进行旋锻变形，控制道次变形量为5%、5%、5%，总变形量为14%，旋锻过程采用油润滑，润滑剂流动速度为1.5m³/h，控制进料速度为10mm/min，每道次变形后改变进料方向。

旋锻变形后合金晶界Gd、Y元素浓度是晶内的1.8倍，原子团簇尺寸为3~7nm。所得合金屈服强度为540MPa，抗拉强度为610MPa，断后伸长率为6%。

实施例2