專利名稱：一種鎂合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎂合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前比較輕的金屬材料，具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，良好的抗磁性、電 負(fù)性、導(dǎo)熱性、消震性和切削加工性能等優(yōu)點(diǎn)，但是，鎂合金的強(qiáng)度較低、耐熱性較差，限制 了其應(yīng)用。大部分稀土元素與鎂的原子尺寸半徑相差在士 15%范圍內(nèi)，在鎂中有較大的固溶 度，具有良好的固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化作用，因此，在鎂合金中加入稀土元素形成稀土鎂合金， 可以有效改善鎂合金的組織形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，提高鎂合金的強(qiáng)度、耐熱、耐蝕等性能，擴(kuò)展 鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。將稀土、鎂及其他金屬經(jīng)過(guò)熔煉、固溶、時(shí)效等工藝后，即可得到高強(qiáng)、耐熱、耐蝕 的稀土鎂合金，但是其屈服強(qiáng)度仍然較低，不能滿足工程上的實(shí)際需要。本發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究 發(fā)現(xiàn)，將含有稀土的鎂合金進(jìn)行包括加熱、保溫和淬火三道工藝的固溶處理或包括加熱和 保溫兩道工藝的固溶處理后，經(jīng)過(guò)熱擠壓再進(jìn)行時(shí)效處理得到的鎂合金的屈服強(qiáng)度有所提 高，但是提高幅度較低，原因如下經(jīng)過(guò)包括淬火步驟的固溶處理的合金再經(jīng)過(guò)熱擠壓后， 其晶粒尺寸能夠得到一定程度的細(xì)化，但是在淬火后的合金中，稀土元素處于過(guò)飽和狀態(tài)， 經(jīng)過(guò)熱擠壓時(shí)，稀土元素大量析出，導(dǎo)致進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)析出的亞穩(wěn)相數(shù)量減少，使合金的 屈服強(qiáng)度提高幅度較低；而對(duì)固溶處理中未經(jīng)過(guò)淬火的鎂合金進(jìn)行熱擠壓后，合金晶粒細(xì) 化的程度較低，從而導(dǎo)致時(shí)效析出的亞穩(wěn)相尺寸不會(huì)得到明顯細(xì)化，合金的屈服強(qiáng)度提高 幅度較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種鎂合金的制備方法，通過(guò)本 發(fā)明提供的方法制備的鎂合金具有較高的屈服強(qiáng)度。本發(fā)明提供了一種鎂合金的制備方法，包括固溶工序?qū)㈣T態(tài)鎂合金加熱至350°C 550°C并進(jìn)行保溫處理，所述鑄態(tài)鎂合金 具有以下原子比組成Mgl_a_bREaZrb，其中，RE 為 Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu 中的一種或多種，彡 a 彡 6%,0. 05%^ b ^ 0. 5% ；熱擠壓工序?qū)⑺霰靥幚砗蟮逆V合金在350°C 550°C的條件下進(jìn)行熱擠壓， 然后快速冷卻至室溫；冷軋工序?qū)⑺鰺釘D壓后的鎂合金以5% 50%的壓下量進(jìn)行冷軋；時(shí)效工序?qū)⑺隼滠埡蟮逆V合金進(jìn)行時(shí)效處理。優(yōu)選的，所述熱擠壓的速率為0. lmm/min 5mm/min。優(yōu)選的，所述熱擠壓的擠壓比為10 50 1。優(yōu)選的，所述冷軋工序包括
將所述熱擠壓后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第一道次冷軋；將所述經(jīng)過(guò)第一道次冷軋的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第二道次冷軋；將所述經(jīng)過(guò)第二道次冷軋后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第三道次冷軋， 所述第一道次冷軋、第二道次冷軋和第三道次冷軋的合計(jì)壓下量為14% 50%。優(yōu)選的，所述保溫處理的溫度為400°C 550°C。優(yōu)選的，所述保溫處理的時(shí)間為6h 24h。優(yōu)選的，所述時(shí)效處理的溫度為150°C 300°C。優(yōu)選的，所述鑄態(tài)鎂合金按照以下步驟制備向液態(tài)金屬鎂中加入第一摻雜物和第二摻雜物，得到鎂合金液，所述第一摻雜物 為RE金屬和/或中間合金Mg-RE，所述第二摻雜物為金屬&和/或中間合金Mg-Zr ；澆鑄所述鎂合金液得到鑄態(tài)鎂合金。優(yōu)選的，所述RE為Gd。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以含有稀土和鋯的鑄態(tài)鎂合金為原料，經(jīng)過(guò)固溶處理、熱 擠壓處理、冷軋?zhí)幚砗蜁r(shí)效處理后得到屈服強(qiáng)度較高的鎂合金，所述固溶處理指將鑄態(tài)鎂 合金加熱并保溫，并不進(jìn)行淬火。在本發(fā)明提供的制備方法中，首先將鑄態(tài)鎂合金進(jìn)行固溶 處理，使合金中的各種相充分溶解，均勻分布；然后對(duì)未經(jīng)淬火處理的鎂合金直接進(jìn)行熱擠 壓處理，熱擠壓能夠細(xì)化合金的晶粒，一定程度上提高合金的強(qiáng)度；經(jīng)過(guò)熱擠壓處理后再進(jìn) 行冷軋?zhí)幚砟軌蚴购辖鹦纬奢^強(qiáng)的基面結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加合金的孿晶界面并提高基體內(nèi)部的 位錯(cuò)密度，位錯(cuò)密度的提高有利于時(shí)效處理時(shí)第二相形核率的增加，進(jìn)而改變析出相的數(shù) 量和尺寸，增加析出相中亞穩(wěn)相的數(shù)量，提高時(shí)效處理的強(qiáng)化效果，使得到的鎂合金具有較 高的屈服強(qiáng)度和較高的抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)本發(fā)明提供的方法制備的Mg-Gd-&合金 的屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到447MPa，抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到482MPa。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種鎂合金的制備方法，包括固溶工序?qū)㈣T態(tài)鎂合金加熱至350°C 550°C并進(jìn)行保溫處理，所述鑄態(tài)鎂合金 具有以下原子比組成Mgl_a_bREaZrb，其中，RE 為 Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu 中的一種或多種，1％≤ a ≤ 6%,0. 05%≤ b ≤ 0. 5% ；熱擠壓工序?qū)⑺霰靥幚砗蟮逆V合金在350°C 550°C的條件下進(jìn)行熱擠壓， 然后快速冷卻至室溫；冷軋工序?qū)⑺鰺釘D壓后的鎂合金以5% 50%的壓下量進(jìn)行冷軋；時(shí)效工序?qū)⑺隼滠埡蟮逆V合金進(jìn)行時(shí)效處理。本發(fā)明以含有稀土和鋯的鑄態(tài)鎂合金為原料通過(guò)固溶、熱擠壓、冷軋、時(shí)效等加工 處理得到高屈服強(qiáng)度的鎂合金，所述鑄態(tài)鎂合金具有以下原子比組成Mgl_a_bREaZrb，其中， RE 為 Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和 Lu 中的一種或多種，優(yōu) 選為 Gd;l%≤a≤6%，0.05%≤b≤0.5%。在鎂基體中加入稀土，能夠降低合金的軸比、增加合金的層錯(cuò)能，使合金在室溫下 的塑性得到明顯提高，進(jìn)行后續(xù)冷軋工藝時(shí)不容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。而鋯作為晶粒細(xì)化劑可 以細(xì)化鎂合金的晶粒，減小合金的熱裂傾向，提高合金的強(qiáng)度、塑性和抗蠕變性。因此，本發(fā)明采用的鑄態(tài)鎂合金具有耐熱性較好、塑性較好等優(yōu)點(diǎn)，在后續(xù)熱擠壓、冷軋工藝中不容易 出現(xiàn)熔化、斷裂等現(xiàn)象。本發(fā)明對(duì)所述鑄態(tài)鎂合金的來(lái)源沒有特殊限制，可以為從市場(chǎng)上購(gòu)得，也可以為 按照以下步驟制備向液態(tài)金屬鎂中加入第一摻雜物和第二摻雜物，得到鎂合金液，所述第一摻雜物 為RE金屬和/或中間合金Mg-RE，所述第二摻雜物為金屬&和/或中間合金Mg-Zr ；澆鑄所述鎂合金液得到鑄態(tài)鎂合金。按照本發(fā)明，首先對(duì)鑄態(tài)鎂合金進(jìn)行固溶處理，即將鑄態(tài)合金加熱350°C 550°C 并進(jìn)行保溫處理。進(jìn)行固溶處理的目的在于使合金中的各種相充分溶解、均勻分布。為了 避免稀土元素大量析出形成平衡相，影響時(shí)效析出的亞穩(wěn)相數(shù)量，本發(fā)明所述的固溶處理 不包括淬火。按照本發(fā)明，所述保溫處理的溫度優(yōu)選為400°C 550°C，更優(yōu)選為450°C 500°C。所述保溫處理的時(shí)間優(yōu)選為6h 40h，更優(yōu)選為10h 24h。對(duì)所述鑄態(tài)鎂合金進(jìn)行固溶處理后，直接將其在350°C 550°C的條件下進(jìn)行熱 擠壓，然后快速冷卻至室溫。進(jìn)行熱擠壓處理的目的是使合金的晶粒細(xì)化，細(xì)小的晶粒能 夠提高合金的性能。按照本發(fā)明，所述擠壓時(shí)的速率優(yōu)選為0. Olmm/min lOmm/min，更優(yōu) 選為0. lmm/min 5mm/min，最優(yōu)選為0. 2mm/min 3mm/min ；所述擠壓時(shí)的擠壓比優(yōu)選為 5 80 1，更優(yōu)選為10 50 1，最優(yōu)選為20 40 1。將經(jīng)過(guò)熱擠壓處理的合金快速冷卻到室溫后，鎂合金的晶粒尺寸得到細(xì)化，所述 晶粒尺寸優(yōu)選小于50微米，更優(yōu)選為小于30微米。本發(fā)明對(duì)所述快速冷卻的方法沒有特 殊限制，包括但不限于淬水冷卻等。將經(jīng)過(guò)熱擠壓的鎂合金以5% 50%的壓下量進(jìn)行冷軋，所述冷軋的目的在于使 合金形成較強(qiáng)的基面結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加合金的孿晶界面并提高基體內(nèi)部的位錯(cuò)密度，位錯(cuò)密 度的提高能夠增加時(shí)效處理時(shí)析出第二相的形核率，進(jìn)而改變析出相的數(shù)量和尺寸，增加 析出相中的亞穩(wěn)相的數(shù)量，提高時(shí)效處理的強(qiáng)化效果，得到具有高屈服強(qiáng)度和高抗拉強(qiáng)度 的鎂合金。按照本發(fā)明，所述冷軋工序優(yōu)選包括將所述熱擠壓后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第一道次冷軋；將所述經(jīng)過(guò)第一道次冷軋的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第二道次冷軋；將所述經(jīng)過(guò)第二道次冷軋后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第三道次冷軋， 所述第一道次冷軋、第二道次冷軋和第三道次冷軋的合計(jì)壓下量為14% 50%。除了可以進(jìn)行三個(gè)道次的冷軋以外，本發(fā)明還可以進(jìn)行兩個(gè)道次、四個(gè)道次或更 多個(gè)道次的冷軋。進(jìn)行兩個(gè)道次或四個(gè)及四個(gè)以上道次的冷軋時(shí)，本發(fā)明對(duì)每個(gè)道次的壓 下量沒有特殊限制，只要合計(jì)壓下量為5% 50%即可。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，在鎂合金不出現(xiàn) 裂紋的前提下，合計(jì)壓下量越高，得到的鎂合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度越高，但是延伸率越 低。因此，本發(fā)明可以根據(jù)不同鎂合金的用途決定進(jìn)行冷軋工序時(shí)的合計(jì)壓下量。冷軋工序要求合金在室溫下具有較好的塑性，而含有稀土元素的鎂合金在室溫下 具有較好的塑性，因此，經(jīng)過(guò)冷軋工序后的合金的力學(xué)性能有所提高，又不會(huì)發(fā)生斷裂等情 況。將經(jīng)過(guò)冷軋的鎂合金進(jìn)行時(shí)效處理，即可得到具有高屈服強(qiáng)度和高抗拉強(qiáng)度的鎂 合金。進(jìn)行時(shí)效處理的目的在于強(qiáng)化合金，提高合金的強(qiáng)度。按照本發(fā)明，所述時(shí)效處理的溫度優(yōu)選為150°C 300°C，更優(yōu)選為180°C 250°C。在時(shí)效處理過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到時(shí)效的硬 度峰值時(shí)，此峰值條件下的合金具有較高的屈服強(qiáng)度。對(duì)按照本發(fā)明提供的方法制備的鎂合金進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，結(jié)果表明，其屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度均較高。本發(fā)明制備的鎂合金不僅具備稀土-鋯-鎂合金質(zhì)量較輕、耐熱性 較好等優(yōu)點(diǎn)，且屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較好，在航天、航空、汽車、電子等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用 前景。為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的鎂合金的制備方法進(jìn)行 詳細(xì)描述。實(shí)施例1將85. 5g鎂錠在SF6和C02組成的混合氣體的保護(hù)下熔化，700°C時(shí)向熔化的鎂中 加入14g釓錠和0. 5g鋯錠，待其熔化后除去表面殘?jiān)?，得到熔融物后澆鑄，得到鑄態(tài)鎂合 金，原子比組成如下Mg97.39Gd2.46Zr0.15。實(shí)施例2將實(shí)施例1制備的鑄態(tài)鎂合金于505°C時(shí)固溶24h后直接用板材在505°C時(shí)擠壓， 擠壓速率為0.6mm/min，擠壓比為28 1 ；將擠壓后的合金立即水淬；室溫條件下對(duì)經(jīng)過(guò)水 淬的合金進(jìn)行一個(gè)道次的軋制，壓下量為10% ；將經(jīng)過(guò)冷軋的合金在200°C時(shí)進(jìn)行時(shí)效處 理，獲得時(shí)效的硬度峰值時(shí)得到鎂合金。對(duì)所述鎂合金進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果見表1，表1為本發(fā)明實(shí)施例及比較例提供的鎂 合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例3將實(shí)施例1制備的鎂合金于505°C時(shí)固溶24h后直接用板材在505°C時(shí)擠壓，擠壓 速率為0.6mm/min，擠壓比為28 1 ；將擠壓后的合金立即水淬；室溫條件下對(duì)經(jīng)過(guò)水淬的 合金進(jìn)行兩個(gè)道次的軋制，總壓下量為19% ；將經(jīng)過(guò)冷軋的合金在200°C時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理， 獲得時(shí)效的硬度峰值時(shí)得到鎂合金。對(duì)所述鎂合金進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果見表1，表1為本發(fā)明實(shí)施例及比較例提供的鎂 合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例4將實(shí)施例1制備的鎂合金于505°C時(shí)固溶24h后直接用板材在505°C時(shí)擠壓，擠壓 速率為0.6mm/min，擠壓比為28 1 ；將擠壓后的合金立即水淬；室溫條件下對(duì)經(jīng)過(guò)水淬的 合金進(jìn)行三個(gè)道次的軋制，壓下量為27% ；將經(jīng)過(guò)冷軋的合金在200°C時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，獲 得時(shí)效的硬度峰值時(shí)得到鎂合金。對(duì)所述鎂合金進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果見表1，表1為本發(fā)明實(shí)施例及比較例提供的鎂 合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。比較例1將實(shí)施例1制備的鎂合金于505°C時(shí)固溶24h后直接用板材在505°C時(shí)擠壓，擠 壓速率為0.6mm/min，擠壓比為28 1 ；將擠壓后的合金立即水淬；將經(jīng)過(guò)水淬的合金在 200°C時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，獲得時(shí)效的硬度峰值時(shí)得到鎂合金。對(duì)所述鎂合金進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果見表1，表1為本發(fā)明實(shí)施例及比較例提供的鎂 合金的力學(xué)性能結(jié)果。
表1本發(fā)明實(shí)施例及比較例提供的鎂合金的力學(xué)性能結(jié)果 由表1可知，通過(guò)本發(fā)明提供的制備方法制備的鎂合金具有較高的屈服強(qiáng)度和抗 拉強(qiáng)度，同時(shí)具有質(zhì)輕、耐熱等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足工程上對(duì)輕質(zhì)、耐熱、高強(qiáng)度材料的需要。以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì) 于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鎂合金的制備方法，包括固溶工序?qū)㈣T態(tài)鎂合金加熱至350℃～550℃并進(jìn)行保溫處理，所述鑄態(tài)鎂合金具有以下原子比組成Mg1-a-bREaZrb，其中，RE為Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一種或多種，1％≤a≤6％，0.05％≤b≤0.5％；熱擠壓工序?qū)⑺霰靥幚砗蟮逆V合金在350℃～550℃的條件下進(jìn)行熱擠壓，然后快速冷卻至室溫；冷軋工序?qū)⑺鰺釘D壓后的鎂合金以5％～50％的壓下量進(jìn)行冷軋；時(shí)效工序?qū)⑺隼滠埡蟮逆V合金進(jìn)行時(shí)效處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱擠壓的速率為0.lmm/min 5mm/min0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱擠壓的擠壓比為10 50 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述冷軋工序包括 將所述熱擠壓后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第一道次冷軋；將所述經(jīng)過(guò)第一道次冷軋的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第二道次冷軋； 將所述經(jīng)過(guò)第二道次冷軋后的鎂合金以5% 20%的壓下量進(jìn)行第三道次冷軋，所述 第一道次冷軋、第二道次冷軋和第三道次冷軋的合計(jì)壓下量為14% 50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述保溫處理的溫度為400°C 550 °C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述保溫處理的時(shí)間為6h 24h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述時(shí)效處理的溫度為150°C 300 °C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鑄態(tài)鎂合金按照以下步驟制備 向液態(tài)金屬鎂中加入第一摻雜物和第二摻雜物，得到鎂合金液，所述第一摻雜物為RE金屬和/或中間合金Mg-RE，所述第二摻雜物為金屬&和/或中間合金Mg-Zr ； 澆鑄所述鎂合金液得到鑄態(tài)鎂合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述RE為Gd。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎂合金的制備方法，包括固溶工序?qū)㈣T態(tài)鎂合金加熱至350℃～550℃并進(jìn)行保溫處理，所述鑄態(tài)鎂合金具有以下原子比組成Mg1-a-bREaZrb，其中，RE為Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一種或多種，1％≤a≤6％，0.05％≤b≤0.5％；熱擠壓工序?qū)⑺霰靥幚砗蟮逆V合金在350℃～550℃的條件下進(jìn)行熱擠壓，然后快速冷卻至室溫；冷軋工序?qū)⑺鰺釘D壓后的鎂合金以5％～50％的壓下量進(jìn)行冷軋；時(shí)效工序?qū)⑺隼滠埡蟮逆V合金進(jìn)行時(shí)效處理。本發(fā)明制備的Mg-Gd-Zr合金的屈服強(qiáng)度高達(dá)447MPa。
文檔編號(hào)C22C1/03GK101857936SQ20101021868
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者劉慶, 李榮廣, 聶建峰, 黃光杰 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)