一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于調(diào)控鑄造Mg-Zn-Y合金的LPSO相含量和形貌的工藝，具體涉及一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鎂及其合金是目前在工程應用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有低密度，高比強、比剛度，高阻尼性能以及電磁屏蔽性能，因而廣受材料和機械工作者的關(guān)注。在航天航空、國防軍工、交通運輸、電子器件殼體工業(yè)領(lǐng)域中是實現(xiàn)輕量化目標的理想替代環(huán)保材料。其中，鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機電殼罩和電器構(gòu)件。鎂合金的磁屏蔽性能優(yōu)于鋁合金，能起到更好的阻隔電磁波作用，適合于作發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品的殼、罩，尤其是緊靠人體的手機、電腦筆記本。隨著國民收入水平的不斷提高，更多電子產(chǎn)品逐漸進入普通家庭，鎂合金的在這方面的需求大量增加成為必然。然而，由于鎂合金缺乏有效的強化相及對第二相含量和分布的有效控制手段，其力學性能難以達到結(jié)構(gòu)材料的需求，使其應用受到了極大的限制。
[0003]Mg-Zn-Y合金體系中存在的第二相種類較為有特點，既有二十面體準晶I相，立方晶系W相，還有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)LPSO (Long per1d stacking ordered)相。這些三元相的存在與否，對合金的力學性能產(chǎn)生很大的影響。其中，LPSO相對鎂合金強韌性具有積極的影響。當Zn/RE原子比符合一定的范圍時，會形成不同的LPSO相。當Y/Zn原子比為1~3，合金中可以形成LPSO結(jié)構(gòu)，此外，Y/Zn原子比值及Y和Zn含量對LPSO結(jié)構(gòu)類型、尺寸、形貌和體積分數(shù)均有重要影響。LPSO結(jié)構(gòu)類型中常見的有18R和14Η，18R結(jié)構(gòu)可直接在凝固過程中形成，而14Η結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過固態(tài)轉(zhuǎn)變而來，且兩者的微觀形貌、尺寸以及相對含量決定了 LPSO相的整體形貌與體積分數(shù)。14Η的固態(tài)轉(zhuǎn)變需要經(jīng)過Y和Zn等原子向?qū)渝e(Stacking faults, SFs)擴散的過程，而適當溫度和時間的熱處理能促使18R的分解和Y、Zn等原子向SFs的擴散。此外，18R向14Η結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變有利于堆垛層錯能、剪切應變能和晶格畸變能的降低，有利于合金組織與性能的穩(wěn)定。
[0004]鑄態(tài)Mg-Zn-Y合金初生相中LPSO相由于成分偏析而分布不均勻且較為粗大，從而無法充分完全發(fā)揮LPSO相對合金基體的強化作用。通過合理熱處理工藝的設(shè)計優(yōu)化實現(xiàn)對18R向14Η結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的調(diào)控，從而實現(xiàn)對LPSO相的尺寸、形貌與體積分數(shù)的調(diào)控。而LPSO相的含量與形貌及分布，對后續(xù)熱變形加工中的動態(tài)再結(jié)晶機制有著重要的影響，直接關(guān)系到合金最終狀態(tài)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相，即LPSO相含量和分布的有效控制手段，提供了一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控方法。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控方法，其特征在于:首先制備LPSO結(jié)構(gòu) Mg-Zn-Y鎂合金，再將制備的LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金經(jīng)固溶處理和時效處理即可；
所述固溶處理，方法為:將LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金放入初溫180?230°C的熱處理爐中，然后升溫至500?530°C，保溫3?20h，隨后取出于60?85°C水中淬火；
所述時效處理，方法為:將固溶處理后的LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金放入初溫300?330°C的熱處理爐中，保溫35?50min，然后取出于60?70°C水中淬火，再放入熱處理爐升溫至175?225°C，保溫1.5?60h，隨爐冷卻至80?100°C時，取出空冷。
[0007]所述固溶處理，升溫速率3?6°C /min ;所述時效處理，升溫速率3?5°C /min。
[0008]所述的LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金，其質(zhì)量百分比含量組成為:3.00?6.00%Ζη，
12.00?14.00%Y，余量為鎂。
[0009]所述的，固溶處理和時效處理時，熱處理爐中加入硫磺粉，硫磺粉可以防止Mg-Zn-Y鎂合金試樣在熱處理過程中被氧化或自燃。
[0010]所述的，熱處理爐優(yōu)選SG2-7.5-12型高溫實驗電阻爐。
[0011]所述的，LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金制備方法:以重量百分比含量為29.50?30.50%Υ和69.50?70.50%Mg為原料，加熱熔化并升溫至805?845°C，攪拌均勻后澆注金屬型，制得Mg-Y中間合金；然后按配比稱取純鋅錠、制備的Mg-Y中間合金和純鎂錠原料，將Mg-Y中間合金和純鎂錠放入預熱到200?320°C的容器中，然后升溫至730?750°C，待Mg-Y中間合金和純鎂錠完全熔化時，加入純鋅錠，攪拌均勻，除去熔液表面的廢渣，繼續(xù)攪拌3?5min，靜置20?25min，澆注成形，得LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金。
[0012]上述LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金制備方法中，原料純鋅錠、Mg-Y中間合金和純鎂錠的重量百分含量組成為:3.00?6.00%純鋅錠、39.34?47.46%Mg_Y中間合金，其余為純鎂錠。
[0013]上述LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金制備方法中，熔煉過程中通入SF6-OV混合氣體保護，SF6-OV混合氣體，SF 6和CO 2體積比為1:150。
[0014]本發(fā)明方法通過適當溫度和時間的熱處理促使LPSO相18R向14H的固態(tài)轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)對LPSO相的尺寸、形貌與體積分數(shù)的調(diào)控?？梢猿浞窒T造合金中的成分偏析，進而改善第二相粗大且分布不均勻現(xiàn)象。做到簡單有效的調(diào)控鑄造Mg-Zn-Y鎂合金中LPSO相的尺寸、形貌與體積分數(shù)，從而顯著提高鑄造Mg-Zn-Y合金的力學性能，為改善鎂合金的性能提供了一種有效的熱處理新技術(shù)。同時，本發(fā)明還優(yōu)化了上述鑄造Mg-Zn-Y鎂合金的成分配比，通過優(yōu)化Y和Zn原子的質(zhì)量百分含量進一步實現(xiàn)對LPSO相的尺寸、形貌與體積分數(shù)的調(diào)控。
[0015]通過本發(fā)明熱處理工藝，有效消除了鑄造Mg-Zn-Y合金中存在的成分偏析，進而改善第二相粗大且分布不均勻現(xiàn)象。促使LPSO相18R向14H的固態(tài)轉(zhuǎn)變，降低了堆垛層錯能、剪切應變能和晶格畸變能，利于后續(xù)變形熱加工時的動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。經(jīng)過該熱處理工藝之后使得LPSO相的微觀相貌由桿狀或塊狀居多向?qū)悠瑺罨驑O細針狀居多轉(zhuǎn)變，對合金中LPSO相的體積分數(shù)(33.76?56.41%)、尺寸(細針狀結(jié)構(gòu)厚度最小值為27.50?110.50nm)進行調(diào)控，同時細化晶粒(平均晶粒直徑為10.16?20.12 μπι)。LPSO相的分布也由塊狀初生第二相成網(wǎng)狀或不連續(xù)網(wǎng)狀分布于晶界處向晶內(nèi)析出極細針狀相轉(zhuǎn)變而更加均勻，有利于阻礙合金基面位錯的滑移，從而顯著提高合金強度和塑性。本發(fā)明提供了對鑄造Mg-Zn-Y合金的LPSO相尺寸、含量和分布提便捷有效、切實可行的熱處理工藝和方法。
[0016]本發(fā)明的特點及有益效果在于:
1)本發(fā)明熱處理工藝，有效消除了鑄造Mg-Zn-Y合金中存在的成分偏析，使LPSO相分布均勻。
[0017]2)本發(fā)明的熱處理工藝中時效處理分兩步實現(xiàn)，使LPSO相在合金基體中更加均勻的析出，有效避免其他第二相的出現(xiàn)，更好的實現(xiàn)對LPSO相的調(diào)控。
[0018]3)本發(fā)明的熱處理工藝采用的初始溫度、升溫速率、保溫溫度、保溫時間、冷卻方式控制條件以及工藝順序，有效促使LPSO相18R向14H的固態(tài)轉(zhuǎn)變，降低了合金體系的堆垛層錯能、剪切應變能和晶格畸變能，利于后續(xù)變形熱加工處理。
[0019]4)通過本發(fā)明優(yōu)化鑄造Mg-Zn-Y鎂合金的成分配比以及熱處理工藝后，LPSO相的微觀相貌多為極細針狀，分布于晶內(nèi)且均勻，LPSO相的體積分數(shù)最大值為56.41%、細針狀結(jié)構(gòu)厚度最小值可達27.50nm，平均晶粒直徑最小值為10.16ym；LPS0相的分布也由塊狀初生第二相成網(wǎng)狀或不連續(xù)網(wǎng)狀分布于晶界處向晶內(nèi)析出極細針狀相轉(zhuǎn)變而更加均勻。
[0020]5)本發(fā)明的熱處理工藝和方法便捷有效、切實可行。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例3鑄態(tài)Mg-Zn-Y鎂合金經(jīng)熱處理后微觀形貌圖；
圖2為實施例3鑄態(tài)Mg-Zn-Y鎂合金經(jīng)熱處理后LPSO相細針狀結(jié)構(gòu)厚度；
圖3為實施例4鑄態(tài)Mg-Zn-Y鎂合金經(jīng)熱處理后LPSO相細針狀結(jié)構(gòu)厚度；
圖4為對比例鑄態(tài)LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金的微觀形貌圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例和對比例對本發(fā)明一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金中長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控工藝做進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0023]實施例1
一種鑄造Mg-Zn-Y鎂合金長周期結(jié)構(gòu)相的調(diào)控方法，步驟為:
O常規(guī)鑄造方法制備Mg-Y中間合金:
以重量百分比為29.50%Y和70.50%Mg為原料，放入坩禍中加熱熔化并升溫至845°C，攪拌均勻后澆注金屬型，制得Mg-Y中間合金，熔煉過程中通入SF6-OV混合氣體保護，得Mg-Y中間合金；
2)制備LPSO結(jié)構(gòu)Mg-Zn-Y鎂合金:
按配比稱取純鋅錠、步驟I)制備的Mg-Y中間合金和純