[发明专利]一种超高强高韧纳米梯度孪晶镁合金的制备方法

说明书

本发明属于材料加工技术领域，涉及一种超高强高韧纳米梯度孪晶镁合金的制备方法。本发明先将半连续铸造后的镁合金铸锭进行均匀化退火处理，切取铸锭中间部分的胚料通过热挤压技术挤压成棒材，从镁合金棒材中切取直径20mm，厚度1.5～2mm的圆盘状试样进行固溶处理，再在室温下通过上模压头施加静水压力5～8GPa，下模转动，控制转速0.8～1r/min和扭转圈数8～12下进行高压扭转剧烈塑性变形。结合后续时效优化处理，获得的合金材料室温下抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥580MPa，断裂延伸率≥9％。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，涉及一种超高强高韧纳米梯度孪晶镁合金在室温下的制备方法。

背景技术

镁合金滑移系少，强度低、塑性变形能力差一直是限制镁合金广泛工业应用的瓶颈问题。如何有效克服金属材料“强度-韧性”此消彼长的困窘，达到同时增强增韧的效果，已经成为镁合金研究领域最重要的方向。

高强高热Mg-Gd-Y-Zr稀土镁合金中性能优良，加工过程中产生的变形孪生具有分割大晶粒、促进动态再结晶、与溶质合金元素发生交互等作用，从而有效改善合金力学性能。

梯度结构是一种成分、组织或相(或组元)逐渐向另一成分、组织或相(或组元)过渡的结构。这样的结构能有效避免晶体尺寸突变而引起的性能突变，还能使材料具有不同特征尺寸的结构相互协调，使材料的整体和使用性能都得到有效提高。实现纳米材料的结构梯度化，能在发挥纳米材料优异性能的同时弥补纳米材料的不足，产生一种合成的强化效果。

显然，如果能将含有稀土元素的镁合金进行纳米梯度孪晶结构化，则能够明显的提高镁合金的综合性能,使其更加广泛发展和应用。

高压扭转法是制备梯度纳米结构材料的重要方法,通过将圆盘状的试样放置于上下两个模具之间,在室温或一定的加热温度下对试样施加静水压力,并且使下模具进行转动,利用试样与下模具之间的摩擦力，使试样产生剪切变形细化晶粒,从而获得沿直径方向的梯度纳米材料。

综合以上技术原理，本发明提出一种通过室温下高压扭转剪切变形加工稀土镁合金获得超高强高韧纳米梯度孪晶结构的技术。通过该技术制备镁合金材料，充分结合梯度结构材料和多级变形孪晶协同变形的优点，使其室温下具有较高的强度和良好的塑性变形能力，达到稀土镁合金同时增强增韧的效果。这对室温下加工镁合金，促进变形镁合金工业应用，具有巨大的借鉴和指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米梯度孪晶镁合金的制备技术，所述镁合金各元素重量百分比为Mg-Gd(7.5～9)-Y(2～4)-Zr(0.4～0.6)-Ag(0.02～0.05)(wt.％)。先将半连续铸造后的镁合金铸锭进行均匀化退火处理，切取铸锭中间部分的胚料通过热挤压技术挤压成棒材，从镁合金棒材中切取直径20mm，厚度1.5～2mm的圆盘状试样进行固溶处理，再在室温下通过上模压头施加静水压力5～8GPa，下模转动，控制转速0.8～1r/min和扭转圈数8～12下进行高压扭转剧烈塑性变形。结合后续时效优化处理，获得的合金材料室温下抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥580MPa，断裂延伸率≥9％。

本发明超高强高韧Mg-Gd-Y-Zr-Ag纳米梯度孪晶镁合金制备方法,包括以下具体步骤:

A.第一步，采用半连续铸造方法制取Mg-Gd(7.5～9)-Y(2～4)-Zr(0.4～0.6)-Ag(0.02～0.05)(wt.％)镁合金铸锭；

B.第二步，镁合金铸锭进行均匀化热处理，工艺为：在490℃下均匀化退火处理16小时，以改善铸锭组织的不均匀性；

C.第三步，切取均匀化热处理后铸锭的中间部分坯料进行热挤压变形，工艺为：挤压温度480℃、挤压比为10：1，挤压压头速率为0.1mm/s，并在挤压出口处施加强制空气进行冷却，抑制动态再结晶晶粒长大和动态析出相的粗化；