[发明专利]一种高性能稀土镁合金的复合制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能稀土镁合金的复合制备方法，包括合金熔炼→高压控速冷凝→保温→等温挤压→等径角挤压→人工时效；该方法首先按成分熔炼含微量稀土元素Yb的镁合金，随后浇注入提前预热的模具型腔中加压保温，待压力稳定后关闭模具加热系统，并在模具的冷却系统中通入冷却介质，控制金属液按预设速度冷却，待坯料温度降低到挤压温度后停止冷却并保温，随后在挤压温度下直接进行大挤压比等温变形，挤压出的金属紧接着进入与其贯通的等径角挤压型腔后出模人工时效。本发明采用自主研发的复合加工模具，实现合金成分设计和多种加工工艺联合作用，制备出具有超细晶粒和高强韧性配合的高性能镁合金，具有流程短，效率高，质量好的优点。

技术领域

本发明属于镁合金的加工技术领域，特别是涉及一种高性能变形镁合金的加工方法，具体是一种含稀土元素Yb的高性能变形镁合金的复合制备方法。

背景技术

镁合金作为现有最轻的金属结构材料，其具有较高的比刚度、比强度和良好的减震性能、电磁屏蔽性能及可回收利用等优点，是理想的轻量化材料，在21世纪具有广阔的发展应用前景。

然而，由于镁合金属于高轴比密排六方结构，塑性加工滑移系较少，可成形加工性能较差，同时其室温和高温强度低，极大限制其作为高性能结构材料的广泛应用。如何开发有效的制备加工方法，在镁合金获得“改形”的同时充分实现强韧化“改性”，已成为当前高性能变形镁合金开发应用中的主要技术瓶颈，是行业内正致力于攻克的技术难题。

当前国内外对高强度变形镁合金的开发基本围绕合金化和变形加工技术展开。合金化主要是基于现有变形镁合金体系（如Mg-Al系和Mg-Zn系）添加一种或多种微量合金化元素，如金属元素Cu、Ag、Ca、Li等，以及稀土元素Er、Y、Sc、Gd、Nd进行基体改性。而主流的变形加工技术主要包括大塑性变形（SPD技术，如等径角挤压工艺、连续剪切工艺、累积叠轧工艺、高压扭转工艺、多向锻造工艺、循环挤压压缩工艺等）、往复挤压、静液挤压和低温挤压技术。这些方法存在以下几个方面的不足：

1）合金化方法虽然通过第二相强化效应获得了一定的强化效果，但由于尚未发现满意的弥散沉淀相，难以充分发挥合金化潜力，且有报道发现合金化对镁合金塑性变形能力的提升并不显著；

2）变形加工技术通过细化组织，获得塑性和强度的同步提升，然而该技术获得的细密再结晶组织不宜进行热处理进一步强化，技术思路的局限性决定很难获得有效的沉淀强化效果；

3）现有的热处理和变形强化技术大多基于常规铸态锭坯，初始凝固组织中的合金化元素溶解程度对合金化沉淀相的形态和分布以及热变形组织细化能力有极其重要的影响，凝固组织的遗传性很大程度决定了最终加工合金的可强韧化程度。

鉴于此，本发明旨在探索一种高性能变形镁合金的制备和加工方法，该方法利用合理的成分设计和制备手段从源头上获得高质量锭坯的同时，充分发挥多种强韧化方法共同作用的积极效果，获得高强韧性配合的变形镁合金材料，具有流程短，效率高，质量好的优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足而提供一种短流程、低成本、加工质量好的变形镁合金复合制备方法，集稀土镁合金熔炼、高比压控速冷凝、等温挤压、等径角挤压和热处理于一体，可实现全制备周期工艺参数的精确控制，最终获得高性能的变形镁合金材料。

该方法首先优选稀土合金化元素，并利用熔炼和高压控速冷凝最大化提升强化相合金元素的溶解度并细化组织，从源头上改善初始锭坯的质量；利用高质量初始锭坯直接等温挤压使强化相在变形过程中最大程度弥散析出；随后通过等径角挤压进一步细化变形组织后利用人工时效去除变形应力并稳定析出相，保持高强度的同时获得韧性的提升。该方法立足于析出相的控制，结合强化相成分设计、固溶强化、沉淀强化、变形强化、细晶强化和时效强化方法，实现高强度变形镁合金的制备。

为实现上述技术目的，本发明的高性能稀土镁合金的复合制备方法包括熔炼→高压控速冷凝→保温→等温挤压→等径角挤压→人工时效；