一种高强度高塑性Mg‑Gd‑Y‑Ni‑Mn合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高塑性的Mg‑Gd‑Y‑Ni‑Mn合金材料及其制备方法，所述合金各组成成分的质量百分含量为：Gd=5.0～12.5%，Y=2.0～5.0%，Ni=1.0～3.0%，Mn=0.4~1.0%，余量为镁和不可避免的杂质。采用如下工艺制备：配料、真空熔炼铸锭、均匀化退火、挤压和时效。该材料无需精炼、挤压比低(λ＝11)，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制，工艺简单，可移植性强，且容易操作，明显提高了合金的室温抗拉强度和屈服强度，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金，解决了Mg合金由于力学性能低而限制其应用的难题，扩大了镁合金的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变形镁合金及其制造方法，特别是一种高强度Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，所述合金是一种五元镁合金，包括Mg、Gd，Y、Ni和Mn五种合金元素，所述高强度是指材料能够达到的抗拉强度≥450MPa,最高可达断裂延伸率≥9%。最高可达抗拉强度510MPa,断裂延伸率10%。
技术介绍
镁的弹性模量比较小，在受力作用下能产生较大的变形，因而镁合金在冲击载荷作用下，能吸收较大的冲击能，可制造承受冲击的零件。镁及其合金作为最轻的常用金属结构材料，已受到人们越来越多的关注，并已在国防军工、航空航天、高速轨道交通、电子通讯等领域得到了一定程度的应用。但是，由于镁合金强度低，还难以大量应用于承载结构件，尤其是变形镁合金的应用量仍远远落后于钢铁和铝合金，其室温力学性能明显不足，已经严重的制约了其进一步的应用。CN201410725433.3公开了“一种高强度高塑性稀土镁合金及其制备方法和应用”，该镁合金的成份含量为：RE:6～12wt%，Zr:0～1wt%，Zn:1～4wt%，Ni:0.1～2.5wt%，其余为Mg和不可避免的杂质元素。该专利合金铸造态经固溶、挤压处理后常温最好力学性能数据是抗拉强度450～480MPa，伸长率7～9%。金属Zr及其合金的价格显著高于金属Mn及其合金，会增加合金成本，并且该合金的强度与塑性较低。CN201010219696.9公开了“一种强力变形制备超高强镁合金棒材的方法”，该镁合金的成份含量为：Gd:6～13％，Y:2～6％，Zr:0.3～0.8％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。该专利合金铸造态经坯料预变形成棒材，再利用快速强力变形配合等温时效方法制备，室温最好力学性能数据是抗拉强度615MPa，但是延伸率仅有1.1%。该专利技术涉及预变性和强力快速压缩变形，会增加合金制备难度，金属Zr及其合金的价格显著高于金属Mn及其合金，会增加合金成本，同时金属Zr熔炼时难以调控，并且该合金延伸率较低。因此，选择在镁中添加合金元素得到一种多元化镁合金体系，采用常规设备获得其铸态合金并将铸态合金加工成挤压态合金，并对挤压态合金进行适当热处理，利用复合强化手段来提高镁合金的强度，改善镁合金的综合力学性能和使用性能，拓展其应用范围，成为本领域技术人员有待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术解决的技术问题是如何改善镁合金强度，提供一种高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金；另一方面，本专利技术还为了实现工艺简单，操作容易和降低成本的目的，提供一种高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，所述镁合金主要由Mg、Gd、Y、Ni和Mn组成，各组成成分质量百分含量为：Gd=5.0～12.5%，Y=2.0～5.0%，Ni=1.0～3.0%，Mn=0.4~1.0%，余量为镁和不可避免的杂质。上述高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金优选配方为：所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-8.14%，Y-3.83%，Ni-1.51%，Mn-0.76%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。另一种优选配方为：所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-7.25%，Y-4.26%，Ni-2.28%，Mn-0.82%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。再一种优选配方为：所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-6.82%，Y-4.83%，Ni-1.13%，Mn-0.59%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。本专利技术不可避免的杂质为Si、Fe，其总量＜0.1%。所述合金采用如下方法制备：（1）按照上述组分计算需要原料的重量，原料采用工业纯镁、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金、Y-Ni中间合金和Mg-Mn中间合金；采用真空熔炼、浇铸得到合金铸锭；（2）对步骤（1）获得的合金铸锭进行均匀化退火处理，其工艺参数为：将铸锭入炉升温至500±10℃后，保温时间10小时后水冷，再将水冷后的坯料进行挤压得到挤压态合金；其中，所述挤压采用的工艺参数为：挤压温度450℃±10℃，挤压比为11，在挤压机上进行挤压，挤压速度2mm/s恒定；（3）对步骤（2）经变形加工后的挤压态合金进行人工时效处理，其工艺参数为：时效温度200℃，保温时间50小时，水冷，制得高强度镁合金材料。进一步，步骤（1）中，所述真空熔炼和浇铸为将原料加入坩埚并通入氩气进行保护，在真空冶炼炉中熔炼；在850℃保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续在850℃静置保温10分钟。本专利技术人经过大量的实验研究后认为：Mg、Gd、Y和Ni能够在镁合金中形成Mg-RE-Ni长周期相，这些长周期相作为镁基体中新的硬质相，可起到显著的弥散强化效果，通过工艺控制使Mn元素进一步弥散分布细化晶粒，再通过挤压变形和时效处理增强强化效果，兼顾了固溶强化、形变强化和弥散强化机制，从而能够改善镁合金的室温力学性能。所述高强度Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金不是粉末冶金，而是通过熔炼浇铸得到铸态合金后挤压加工，再对挤压态合金进行时效热处理得到最终合金。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提出在Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金中使Mg、Gd、Y和Ni形成大量长周期相，这些长周期相作为镁基体中新的硬质相，可起到显著的弥散强化效果，通过工艺控制使Mn元素进一步弥散分布细化晶粒，再通过挤压变形和时效处理增强强化效果，该工艺是固溶强化、形变强化和弥散强化于一体的高强变形镁合金的制备方法。仅以如下高强度Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金为例，其具有较高的力学性能，其中时效态Gd-8.14%，Y-3.83%，Ni-1.51%，Mn-0.76%；余量为Mg和少量的杂质；该合金的室温抗拉强度为510MPa，屈服强度为384MPa，延伸率为10.0%；其强度与目前常用的变形镁合金AZ91、ZK60相比显著提高。所述高强度Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金不是粉末冶金，而是通过熔炼浇铸得到铸态合金后挤压加工，再对挤压态合金进行适当热处理后得到的合金。2、本专利技术中稀土金属的加入引入了Mg-RE-Ni长周期相，能够显著提高镁合金的室温强韧性，合金元素配方简单，用Mn元素替换Zr元素，Ni元素替换Zn元素，还有利于改善合金的耐腐蚀性能，为镁合金应用领域的扩大创造了条件。3、本专利技术方法无需精炼、挤压比低(λ＝11)，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制；具有工艺简单，所用设备为常规通用设备，可移植性强，且容易操作，明显提高了合金的室温抗拉强度和屈服强度，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金，解决了Mg合金由于力学性能低而限制其应用的难题，扩大了镁合金的应用范围。具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金及其制备方法做进一步详细说明。本专利技术高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金是一种五元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高塑性Mg‑Gd‑Y‑Ni‑Mn合金，其特征在于，所述镁合金主要由Mg、Gd、Y、Ni和Mn组成，各组成成分质量百分含量为：Gd=5.0～12.5%，Y=2.0～5.0%，Ni=1.0～3.0%，Mn=0.4~1.0%，余量为镁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，其特征在于，所述镁合金主要由Mg、Gd、Y、Ni和Mn组成，各组成成分质量百分含量为：Gd=5.0～12.5%，Y=2.0～5.0%，Ni=1.0～3.0%，Mn=0.4~1.0%，余量为镁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，其特征在于，所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-8.14%，Y-3.83%，Ni-1.51%，Mn-0.76%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。
3.根据权利要求1所述高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，其特征在于，所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-7.25%，Y-4.26%，Ni-2.28%，Mn-0.82%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。
4.根据权利要求1所述高强度高塑性Mg-Gd-Y-Ni-Mn合金，其特征在于，所述镁合金各组成成分质量百分含量为：Gd-6.82%，Y-4.83%，Ni-1.13%，Mn-0.59%，杂质的总含量＜0.1%；余量为镁。
5.一种高强度高塑性M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬丰，刘世杰，黄崧，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85