[发明专利]用于工程结构件的高强度Mg-Gd-Zn-Li镁合金制备方法

说明书

本发明属于有色金属热挤压成型加工技术领域，为一种用于工程结构件的高强度Mg‑Gd‑Zn‑Li镁合金制备方法；该方法是先将熔化后的Mg‑Gd‑Zn镁合金中加入Li，之后升温至740‑760℃进行依次进行精炼和浇注，得到Mg_92‑xGd₃Zn₁Li_x镁合金，x=0,2,4,6,8；将Mg_92‑xGd₃Zn₁Li_x镁合金进行固溶处理，固溶温度为500℃，固溶时间为40‑50h；再将经过固溶处理的Mg_92‑xGd₃Zn₁Li_x镁合金进行热挤压变形；本发明方法极大地细化了镁合金初始晶粒尺寸，进而提高了镁合金综合力学性能。

技术领域

本发明属于有色金属热挤压成型加工技术领域，具体涉及一种用于工程结构件的高强度Mg-Gd-Zn-Li镁合金制备方法。

背景技术

LPSO(Long-period stacking ordered)结构是Mg-RE系镁合金研究中的一个重要发现。通常，向Mg-RE系镁合金中加入一定量的Zn 元素，在合金凝固过程中或热处理过程中就会形成LPSO。目前，在Mg-RE-Zn镁合金中发现的LPSO包括6H，10H，14H，12R，18R和24R六种。其中，以18R和14H最为常见。含LPSO的Mg-RE-Zn镁合金可以分为两类，第一类包括Mg-Gd-Zn系和Mg-Tb-Zn系镁合金，在该类合金的凝固组织中不含有LPSO，而在随后的热处理过程中会在其基体内析出14H；第二类包括Mg-Y-Zn系，Mg-Dy-Zn系，Mg-Er-Zn系，Mg-Tm-Zn系，Mg-Ho-Zn系镁合金，该类合金凝固过程中会在其晶界处形成18R。LPSO能极大地提高镁合金的强度和韧性，其析出机制和转变行为受到了广大研究者们的重视，成为了该领域的一个研究热点。

然而，RE含量的增加不但增大了Mg-RE-Zn合金的密度，而且减小了其塑性。研究发现，将Li加入到镁合金中可以显著地降低合金的密度并能增加合金的可加工性和韧性。特别是，在Mg-Li合金中，当Li的含量低于wt. 5.7 %时，合金为密排六方晶体结构；当Li含量在wt. 5.7 %-11.5 %时，合金将发生密排六方晶体向体心立方晶体的转变；而当Li含量大于wt.11.5 %时，合金将转变为体心立方结构。例如，胡文义等人在研究Li对Mg-8Gd-2Y-0.5Zr合金的密度、析出相、微观组织与力学性能的影响时发现，当Li的含量大于wt.2.7 %时，该合金的密度低于所有AZ系工业镁合金的密度；当Li的含量为wt.3 %-4 %时，Mg₅Gd相随Li的增加而增加，且挤压态合金的硬度和强度下降，伸长率升高。此外，Zhang等人首次在Mg-Li合金中引入18R，通过热处理和挤压变形制备出了高强韧Mg-8Li-6Y-2Zn合金，其常温条件的抗拉强度，屈服强度和伸长率分别达到了243 MPa，187 MPa和31 %；150^oC条件的抗拉强度，屈服强度和伸长率分别达到了102 MPa，81 MPa和29 %。由此可知，Li的添加和LPSO的引入可以有效地提高镁合金的变形性和塑性。

尽管研究者们在LPSO以及Li强化镁合金的研究上取得了一些进展，但是对于Li的添加对LPSO的形成及转变的影响机制目前还不清楚。对于典型的第一类含LPSO的Mg-RE-Zn合金，如Mg₉₆Gd₃Zn₁合金其凝固组织主要包括α-Mg基体和β-(Mg, Zn)₃Gd共晶相，经热处理后会在基体内析出14H，但是此类合金的强度和韧性等性能指标还有待提高。

发明内容