[发明专利]一种高钆稀土镁合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高钆稀土镁合金棒材及其制备方法，该棒材由以下质量百分比的成分组成：Gd 8.0~10.0%、Bi 1~3%、Y 2~4%、Sm 1~3%、Zr 0.1~0.5%，余量为Mg和不可避免的杂质。通过合金化和热处理工艺调控，在挤压比介于10~25、挤压温度在510~520℃的条件下，实现高钆稀土镁合金以4.1m/min的速率挤压成型。Gd、Sm、Y、Bi在合金中形成的热稳定高的稀土化合物和Mg3Bi2相，显著减小了合金在高温高速挤压下的热裂倾向。多元化元素的复合添加增强了合金的固溶强化及析出强化效果。挤压棒材通过进一步热处理可实现高强度，其最高抗拉强度、屈服强度可达383MPa、317MPa。本发明解决了高钆稀土镁合金较高变形敏感性的问题，为高钆稀土镁合金因挤压效率低而导致生产成本大幅提高的问题提供了解决方案。

技术领域

本发明涉及镁合金材料技术领域，具体的说是一种高钆稀土镁合金棒材及其制备方法。

背景技术

随着能源资源问题的日益严重，对轻量化材料的需求也非常迫切。镁合金作为工程应用中最轻的结构材料，在汽车，航天航空等领域有着独特的优点。然而镁合金因较低的绝对强度和较差的耐热性能限制了其广泛的应用。添加稀土元素可以有效提高镁合金的室温与高温强度，同时稀土镁合金的开发与推广也是结合国家资源战略优势。目前我国开发的稀土镁合金已用于航天，航空等工业化生产。

可挤压性是衡量合金挤压效率的重要指标，是指挤出制品在第一条可见裂纹出现前的最大挤压速率。因此开发高可挤压性镁合金材料是当前实现镁合金商业化的前提。对于商业镁合金AZ31，其模具出口速率可达到20m/min，AZ91合金的模具出口速率也可达4.5m/min。高钆稀土镁合金是目前性能最优异的镁合金系，其力学性能甚至可媲美部分铝合金，但是高钆稀土镁合金的高强性能是以牺牲塑性为代价的。密排六方结构和大量稀土使得高钆稀土镁合金变形加工难度大，变形效率远低于商业化AZ系列镁合金，不能很好地满足现代化工业化生产的需求。

就目前而言，开发的挤压态高钆稀土镁合金基本是以中高温度和慢速挤压实现的。尽管这种方法降低了合金在挤压时的热裂倾向，但均以牺牲挤压速率和生产效率为代价，浪费了大量的成本。例如，Liu等最近开发的Mg-9Gd-3Y-1.5Zn-0.8Zr合金尽管具有超高强度(其最大强度可达446MPa)，但该合金对挤压速率具有较高的敏感性，当压头速率为0.32m/min时，挤压件表面就产生了大量的横向裂纹。低熔点相的存在是导致挤压裂纹的根本原因，所以开发具有高熔点相镁合金是能在高速挤压下成型的前提。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高钆稀土镁合金棒材，该棒材具有优异的力学性能。

本发明的另一目的提供一种高钆稀土镁合金棒材的制备方法，与现有技术中制备镁合金棒材的方法相比，该制备方法可以以较高的速率挤出高钆稀土镁合金棒材，并可以保证高钆稀土镁合金棒材强度与塑性的完美结合。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种高钆稀土镁合金棒材，由以下质量百分比的成分组成：Gd 8.0～10.0％、Bi 1～3％、Y 2～4％、Sm 1～3％、Zr 0.1～0.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。

一种高钆稀土镁合金棒材的制备方法，主要包括如下步骤：

(1)以纯镁锭、纯铋锭、Mg-30％Gd、Mg-25％Y、Mg-30％Sm、Mg-30％Zr中间合金为原料，将各原料分别于100～150℃下加热0.5～1.5h以进行干燥处理；

(2)、将纯镁锭置于预热后的坩埚中，将坩埚置于通有保护气体的中频电磁感应炉中加热至730～750℃，待纯镁锭完全熔化后再保温5min；

(3)、将除纯镁锭外的剩余原料置于中频电磁感应炉中的坩埚内，升温至760～780℃，待合金全部熔化成合金液后继续保温15～25min，然后随炉冷却；

(4)、待合金液的温度降至740～760℃时，将合金液倒入预热好的铸造模具中，即得到铸造坯料；