[发明专利]一种高性能镁稀土合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种低成本高强韧变形镁合金，由Gd、Nd、Zr、Mg和不可避免的杂质组成，质量百分含量：Gd：5.5～8.5％，Nd：1.5～2.5％，锆：0.2～0.5％，余量为镁。通过合理设定该合金中各组分、各组分的用量及制备工艺，能够保证最终制备的合金具有较高的强度和塑性，其制备方法简单，成本低，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于镁合金生产技术领域，具体涉及一种高强度高塑性镁稀土合金及其制备方法。

背景技术

随着航天技术的广泛发展，对具有高温高力学性能的轻质结构材料的需求已经显得非常迫切，Mg-RE合金因具有独特优势得到广泛的应用。众所周知，在合金液中加入适量的稀土元素能够有利地改善其微观组织以及宏观力学特性，尤其是在抗氧化和蠕变等方面，因此对稀土元素在Mg-RE合金中的应用研究备受学者的关注。Gd在Mg-RE液态合金中具有较高的固溶度，且其固溶度能够随温度的降低快速减小，可以实现对态合金的固溶强化和时效强化作用，因此被认为是提高镁合金性能的典型稀土元素。研究表明，稀土元素Nd与Mg-RE液态合金作用形成的Mg₁₂Nd相具有较高的硬度和熔点，尤其是在Mg-Gd合金中能够有效地提高力学强度和抗蠕变性能。Zr作为一种晶粒细化剂，能够有效地阻碍位错移动和晶粒长大，进而提高镁合金的力学性能。镁合金的机械性能远低于钢材料，限制了其在许多工业设备和产品上的应用。

为了扩大镁合金的应用范围和领域，科研工作对现有的镁合金进行了大量探索研究，尽管许多科研工作对现有镁合金进行了许多改性，但是应用性并不理想。少量稀土元素的添加可以使镁合金铸造组织晶粒得到明显细化，但是镁合金铸造组织中含有较多的组织缺陷如：缩松、缩孔和夹杂物，导致其力学性能较差。通过挤压、锻造、轧制后的变形镁合金与铸造镁合金相比组织更加致密均匀；而且少量稀土元素的添加可以促进热变形过程中的动态再结晶、激活非基面滑移，进而细化晶粒尺寸、弱化基面织构，使镁合金塑性得到提高。目前的高含量稀土镁合金虽然能够改善合金的力学性能，但能同时提高合金强度和塑性的技术工艺并不多见。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高强度高塑性镁稀土合金；目的之二在于提供一种高强度高塑性镁稀土合金的制备方法。

本发明提供的技术方案为：

一种高强塑性镁稀土合金材料，由以下质量百分含量的组分组成：Gd：5.5～8.5％，Nd：1.5～2.5％，锆：0.2～0.5％，余量为镁。

优选的是，所述稀土元素Gd和Nd的质量分数为7.0～11.0％。

一种高强塑性镁稀土合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将Mg加入坩埚中，用RJ-2溶剂保护，待Mg完全熔化后，在溶体温度750℃～760℃之间加入氯化锰，待温度升高到780℃～800℃时加入Mg-30Gd、Mg-25Nd和Mg-30Zr中间合金，待完全熔化后，吹Ar气15～30min纯净化处理，在此过程中加入RJ-6溶剂搅拌，然后静置10min～20min后进行炉前成分取样，成分合格后，封闭坩埚静置，并设定溶体在670℃～680℃保温，待温度降到670℃～680℃时，进行半连续浇铸，得到镁合金铸锭；

步骤2：将半连续铸坯车去外皮，在510℃～530℃保温12h～24h进行均匀化处理，均匀化处理完成后空冷；

步骤3：所述的高强塑性镁稀土合金材料热挤压，挤压比为6:1；

优选的是，所述步骤1中，在进行浇铸之前还包括将所述镁合金熔融液进行吹气、搅拌和除渣操作。

优选的是，所述步骤3中，挤压后得到的镁合金为板材结构，其横截面积为5×40mm²。

本发明所述的有益效果：