[发明专利]一种多元微合金化高强耐热稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种稀土镁合金，所述稀土镁合金为改性的Mg‑Gd‑Y‑Zr系稀土镁合金；所述稀土镁合金的铸态金相组织中具有边缘圆整Mg₅Gd相；或者，所述稀土镁合金的挤压态金相组织中具有小颗粒状的析出相；所述小颗粒的径向尺寸10～150nm。本发明通过多元微合金化的方法改善合金微观组织形貌，通过添加特定比例的微量Ag与Sc改善合金材料的微观组织形貌，提高时效硬化与晶粒细化效果，进而获得优异的室温及高温力学性能。本发明在不增加稀土总量的前提下，强度性能指标较高，且保留了较好的塑性，易于实现工程化应用，能够满足当前航空航天、导弹军工、轨道交通等领域对轻质结构材料在室温、高温坏境下力学性能的需求。

技术领域

本发明属于稀土镁合金材料技术领域，涉及一种稀土镁合金及其制备方法，尤其涉及一种多元微合金化高强耐热稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

在目前常用的金属结构材料中，镁的密度是最小的，纯镁的密度是1.74g/cm³，相比于铝(2.7g/cm³)和铁(7.87g/cm³)分别轻了1/3和3/4，是实用金属中的最轻的金属，具有高比强度和高比刚度的特点，在急需减重的行业领域具有很好的应用前景。而镁合金则是以镁为基础加入其他元素组成的合金，也是工程应用中最轻的金属结构材料，其特点是：密度小(镁合金的密度为1.8g/cm³左右)，比强度高，比刚度高、减震性高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，易加工和易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场，特别是在全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下，镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥，镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。镁合金中主要的合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。但目前常见的镁及其合金存在强度较低，热处理效果较差等问题，严重的阻碍了镁合金在航空、航天、汽车等领域内大规模应用的速度，而合金化是提高镁合金力学性能的有效的方法，这其中，稀土元素的作用尤为明显。

Mg-Gd-Y-Zr体系合金是目前实际应用中性能最为优秀的稀土镁合金，受到航空航天、导弹军工、精密制造等领域的重视。但该体系合金主要依赖析出相阻碍位错运动的Orwan机制强化，明显降低合金的塑性，难以满足精密制造的加工性能要求及航空、轨道交通等领域的使用需求，而且在此类合金中进一步增加稀土含量，会恶化合金的工艺性能、增加使用成本、影响适用范围，改性潜力较低。

因此，如何在保证高强度、高耐热性能、不降低合金工艺性能的基础上，进一步提升Mg-Gd-Y-Zr体系合金的性能，更好的满足精密制造的加工性能要求及航空、轨道交通等领域的使用需求，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种稀土镁合金及其制备方法，特别是一种多元微合金化高强耐热的稀土镁合金。本发明通过添加稀土元素以外的多元合金化元素，实现材料强化与韧化满足高强、耐热和高容损等不同需求，是一种有效的技术途径。本发明能够有效改善中稀土含量GW合金的工艺性能与塑性，能够满足空天大型复杂构件、精密仪器、导弹军工领域工程化应用的迫切需求，而且工艺简单，适于工业化大生产的推广和应用。

本发明提供了一种稀土镁合金，所述稀土镁合金为改性的Mg-Gd-Y-Zr系稀土镁合金；

所述稀土镁合金的铸态金相组织中具有边缘圆整Mg₅Gd相；

或者，所述稀土镁合金的挤压态金相组织中具有小颗粒状的析出相；

所述小颗粒的径向尺寸10～150nm。

优选的，所述Mg₅Gd相为细化的Mg₅Gd相；

所述稀土镁合金的铸态金相组织中具有细化的晶粒；