[发明专利]一种Mg-Gd-Y-Zr纳米异构镁合金时效热处理工艺

说明书

本发明涉及一种Mg‑Gd‑Y‑Zr纳米异构镁合金时效热处理工艺。所述镁合金质量百分比成分为：Mg‑7~9Gd‑2.5~3.5Y‑0.2~0.45Zr，将合金棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为0~250℃，控制道次变形量为5~20%，总变形量为20~60%，控制进料速度为2~6mm/min，制得纳米异构镁合金，将所得纳米异构镁合金在100~150℃下进行一级时效处理，处理时间为5~20h，将一级时效后的合金在160~220℃下进行二级时效处理，处理时间为10~60h，经时效处理后纳米异构镁合金较未时效态抗拉强度提高100~180MPa、屈服强度提高100~180MPa。

技术领域

本发明涉及纳米金属材料领域，特别涉及一种纳米异构镁合金时效热处理工艺。

背景技术

纳米结构材料具有优异的物理性能、化学性能以及力学性能，具有广泛的应用前景。然而纳米结构材料塑性较低、难以制备，这严重阻碍了其研究及应用进程。相较于纳米结构材料，纳米异构材料具有塑性更高、更易于制备等优点，具有极高的应用研究价值。

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。然而现有镁合金力学性能偏低，难以满足航空航天等领域对于高性能材料的需求。制备纳米异构镁合金并研究其时效热处理工艺对制备高强甚至超高强镁合金具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种Mg-Gd-Y-Zr纳米异构镁合金时效热处理工艺，所述镁合金质量百分比成分为：Mg-7~9Gd-2.5~3.5Y-0.2~0.45Zr，包括以下具体步骤：

a． 将合金棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为0~250℃，控制道次变形量为5~20%，总变形量为20~60%，控制进料速度为2~6mm/min，制得纳米异构镁合金；

b．将所得纳米异构镁合金在100~150℃下进行一级时效处理，处理时间为5~20h；

c．将一级时效后的合金在160~220℃下进行二级时效处理，处理时间为10~60h。

所述一级时效处理，将所得Mg-Gd-Y-Zr纳米异构镁合金在100~140℃下进行一级时效处理，处理时间为10~15h。

所述二级时效处理，将一级时效后的合金在160~200℃下进行二级时效处理，处理时间为20~60h。

本发明涉及的Mg-Gd-Y-Zr纳米异构镁合金时效热处理难点在于，纳米异构镁合金存在几方面的不均匀：

1.晶粒尺寸不均匀，挤压-旋锻方法制备的纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm；

2.内应力分布不均匀，已经发生再结晶的纳米晶区域内应力较小，尚未发生再结晶的超细晶区内应力很大；

3.微区成分不均匀，旋锻过程中发生的晶界原子偏聚以及形成的晶内原子团簇导致变形后的纳米异构镁合金在几十纳米范围内的微区内存在成分不均匀。

纳米异构镁合金存在的组织及成分不均匀决定了其在时效热处理过程中易出现以下几个问题：

1.在纳米异构镁合金中，晶粒尺寸不同的区域热稳定性不同，晶粒越小、热稳定性越差。时效处理过程中必须保证不发生晶粒长大，因而纳米晶区与超细晶区可承受的最高时效温度不同；

2.相较于稀土元素贫化区，稀土元素富集区更容易发生稀土元素的脱溶，导致两种区域的时效分解行为不同步；

3.稀土富集区具有更高的第二相形核及长大动力，极易形成粗大的块状稳定相，块状稳定相会剧烈降低合金的力学性能；