一种中强高塑性的Mg-Ce-Sm系板材及其预拉伸强化方法技术

本发明专利技术公开了一种中强高塑性的Mg

【技术实现步骤摘要】
一种中强高塑性的Mg
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Ce
‑
Sm系板材及其预拉伸强化方法


[0001]本专利技术属于镁合金材料领域，特别是涉及一种含铈钐轻稀土元素的中强高塑变形镁合金板材及后续预拉伸强化的加工方法。

技术介绍

[0002]在当今世界，节约自然资源与保护生态环境已成为人类社会实现可持续发展的重要问题。材料的轻量化可很大程度上节约成本并极大降低能耗，对提高能源使用率和保护环境有重要的意义。众所周知，镁及镁合金是至今为止工业和工程应用中最轻的结构材料，镁的密度仅有1.74 g/cm3；另外，镁合金具有还具有电磁屏蔽能力强、减震性能好、资源储量丰富、易回收、无污染等优点，使其在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事等领域中具有广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”之一。重稀土元素如Gd、Y的大量添加能够大幅度提高镁合金的强度，但是也会大幅增加镁合金的密度和成本，无法大规模在工业上应用，但是轻稀土元素如Ce、Sm等价格低廉、储量更为丰富。最新研究表明，Sm元素在晶界有明显的偏聚，这种偏聚在动态再结晶过程对于晶粒长大有明显的限制作用。而Ce元素在镁合金内可以形成Mg
‑
Ce相，这种相通过Orowan机制阻碍位错滑移。另外Sm、Ce元素固溶在镁中能够减小基面与非基面滑移阻力差异，使非基面滑移更容易开启，有效促进镁合金启动<c+a>位错，利于合金塑性的提高，因此Mg
‑
Ce
‑
Sm系合金具有良好强度和塑性匹配的潜力。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种含有铈钐元素的变形镁合金板材及后续预拉伸强化的方法，制备出了强塑性兼备的含铈钐变形镁合金板材。
[0004]为实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下。
[0005]一种中强高塑性的Mg
‑
Ce
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Sm系变形镁合金板材，其特征在于，其组分按质量百分比为：其组分按质量百分比为：铈：0.1~1.0 wt.%；钐：0.2~3.0 wt.%；锰：0~1.0 wt.%，余量为镁和不可避免的杂。
[0006]上述技术方案的进一步改进与优化，屈服强度为：187~289 MPa，抗拉强度为：229 MPa~270 MPa，延伸率为：5%~29%。
[0007]一种中强高塑性的Mg
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Ce
‑
Sm系变形镁合金板材进行预拉伸强化方法，包括如下步骤：(1) 准备原料：按中强高塑性的Mg
‑
Ce
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Sm系变形镁合金板材的各组分质量百分比称取所需原料；(2) 铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原料加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780
ꢀ°
C，并加入元素铈、钐、锰，然后充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：充分搅拌3~6分钟，将熔液温度控制在700~750
ꢀ°
C静置10~20分钟，清除
表面的浮渣，浇铸至预热到200~350
ꢀ°
C的铁模中，制得含铈钐元素镁合金铸锭；(3) 均匀化处理：将含铈钐元素的镁合金铸锭隔绝空气，加热至480~550
ꢀ°
C，保温8~18小时，水淬后得到均匀化态的的镁合金锭；(4) 反向挤压：对均匀化态的镁合金锭进行车削掉表面氧化皮处理，之后在300~380
°
C下预热15分钟，涂抹上石墨润滑，在300~380
ꢀ°
C温度范围内进行反向挤压，挤压比为(10~30)：1，挤压速度为0.1~2.7 mm/s，得到镁合金板材；（5）预拉伸冷变形：将镁合金板材在室温下沿挤压方向预拉伸，板拉伸速率为0.001 s
‑1，得到预拉伸板材。
[0008]上述技术方案的进一步改进与优化，所述的步骤(1)中，原料均为纯金属或镁中间合金。
[0009]上述技术方案的进一步改进与优化，所述的步骤(2)中，保护气体为高纯氩气。
[0010]上述技术方案的进一步改进与优化，所述的步骤(3)中，隔绝空气的方法为用石墨粉覆盖或在真空环境或在保护气体下，所述保护气体为氩气、氦气或氮气。
[0011]上述技术方案的进一步改进与优化，所述的步骤(4)中，样品预热温度和挤压温度均为360
°
C，挤压比为28：1，挤压速度为0.5 mm/s。
[0012]有益效果：本专利技术提出的含有铈钐元素的变形镁合金是一类新型的含微量铈钐的强塑兼备的变形镁合金，铈和钐元素的加入，显著提高了合金的强度和塑性，首先，铈、钐元素具有晶粒细化的作用，可以细化初始态的组织，使初始态组织更均匀。其次，在后续的热机械加工过程中，铈、钐元素可以在合金中形成Mg
‑
Ce相，Mg
‑
Sm相，有利于促进动态再结晶行为，并可通过Orowan机制对合金进行强化。另外基体中固溶的Ce、Sm元素有效促进镁合金产生<c+a>位错，利于合金塑性的提高。
[0013]最重要的是，本专利技术针对该中强高塑变形镁合金板材开发出了预拉伸变形的加工方法以提高板材强度。在预拉伸的过程中，晶粒发生转动、最终使得板材中原有的较弱的板织构的织构强度不断提高，达到织构强化的效果。另外在预拉伸的过程中，位错源不断开动，位错密度不断提高，容易形成位错缠结或胞状组织，进而阻碍位错滑移，从而极大的提升了镁合金板材在挤压方向(ED)的屈服强度。
附图说明
[0014]图1 Mg
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0.4Ce
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1.6Sm合金在挤压态和预拉伸5%，10%，15%后的应力应变曲线。
[0015]图2 360
°
C高温挤压Mg
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0.4Ce
‑
1.6Sm
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0.4Mn合金应力应变曲线。
[0016]图3 360
°
C高温挤压Mg
‑
0.4Ce
‑
1.6Sm合金的金相组织照片。
[0017]图4 (a)挤压态和预拉伸(b)5%、(c)10%、(d)15%的Mg
‑
0.4Ce
‑
1.6Sm合金的EBSD图像。
具体实施方式
[0018]实施例一含有铈钐元素的中强高塑变形镁合金板材Mg
‑
0.4Ce
‑
1.6Sm(0%)组分按质量百分比为：0.4 wt.% Ce，1.6 wt.% Sm，余量为Mg。
[0019]本实施例的含有铈钐元素的高强度变形镁合金的制备方法为：（1）按照质量百分比称取以下成分：0.4 wt.%铈，1.6 wt.%钐，余量为镁，铈为纯铈或镁铈中间合金，钐为纯钐或镁钐中间合金；（2）铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740~780
ꢀ°
C并使得纯镁熔化，加入合金元素Ce，Sm熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中强高塑性的Mg
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Ce
‑
Sm系变形镁合金板材，其特征在于，其组分按质量百分比为：其组分按质量百分比为：铈：0.1~1.0 wt.%；钐：0.2~3.0 wt.%；锰：0~1.0 wt.%，余量为镁和不可避免的杂。2.根据权利要求1所述的一种中强高塑性的Mg
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Ce
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Sm系变形镁合金板材，其特征在于，其组分按质量百分比为：铈：0.4 wt.%，钐：1.6 wt.%，余量为镁和不可避免的杂。3.根据权利要求1所述的一种中强高塑性的Mg
‑
Ce
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Sm系变形镁合金板材，其特征在于，其组分按质量百分比为：铈：0.4wt.%，钐：1.6wt.%，锰：0.4wt.%，余量为镁和不可避免的杂。4.根据权利要求1所述的一种中强高塑性的Mg
‑
Ce
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Sm系变形镁合金板材，其特征在于，屈服强度为：187~289 MPa，抗拉强度为：229 MPa~270 MPa，延伸率为：5%~29%。5.根据权利要求1
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3中任意一项所述的一种中强高塑性的Mg
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Ce
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Sm系变形镁合金板材进行预拉伸强化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 准备原料：按中强高塑性的Mg
‑
Ce
‑
Sm系变形镁合金板材的各组分质量百分比称取所需原料；(2) 铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘虎成，谢红波，杜森，杨坤，任玉平，秦高梧，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：