【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镁合金，具体涉及一种变形稀土镁合金的强韧化处理方法。
技术介绍
1、镁的密度仅为钢铁的1/4，金属铝的2/3，其合金兼具比强度高、阻尼减震性能好、电磁屏蔽性优良等特点，是国际公认最有潜力的轻量化材料之一，对解决我国关键装备和重大工程的轻量化问题具有举足轻重的作用，对缓解我国日益严峻的环境和能源危机具有重要意义。
2、近年来，镁合金作为铝合金在轨道交通领域的轻量化替代，已成功应用于车辆座椅、支架、托盘、箱体外壳等非关键的零部件中，但其仍然存在室温绝对强度低，塑性差等缺点，为保证其在关键结构件上进行进一步的推广和应用，亟需对镁合金增强增韧技术，特别是变形稀土镁合金增强增韧技术做进一步研发。
3、目前镁合金的强韧化手段主要分为两种，一是通过塑性变形，调整组织结构，改善组织形貌；二是通过热处理，析出第二相，钉扎位错提高强度。
4、在已公开的技术中，中国专利cn109594028a公开的“一种高性能变形稀土镁合金增韧的形变热处理方法”，其采用了一种预制热处理的手段来提升镁合金的塑性，即对镁合金进行了变形前的高温预退火处理，使其析出大量的粗大的mg5re相来促进变形过程中的动态再结晶行为，尽管改善了合金的延展性却降低了强度。
5、中国专利cn113444946a公开的“一种高强韧稀土镁合金及其处理方法”，其采用了一种变形后振动时效的热处理手段来提升镁合金的强度与塑性，即对变形镁合金进行时效-退火-二次时效的热处理手段，使其析出较高数密度的纳米lpso相和β’相来改善合金的机械性能
6、因此，基于以上研究背景和需求，如何通过工艺控制获得拥有优良变形组织、且强度韧性兼具的变形稀土镁合金是现在研究的方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种变形稀土镁合金的强韧化处理方法，只需控制变形前热处理工艺，不需要改变挤压参数就能调整变形稀土镁合金的组织结构，使变形稀土镁合金获得多种形貌的变形组织，实现镁合金强度、塑性较大程度上的同时提升，获得的变形稀土镁合金极限抗拉强度≥470mpa，屈服强度≥370mpa，延伸率≥10％，满足轨道交通车体支撑梁等关键结构部件对镁合金的服役需求。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种变形稀土镁合金的强韧化处理方法，包括如下步骤：
4、1)制坯
5、从稀土镁合金铸锭上获得适合模具大小的坯料；
6、2)过饱和固溶处理
7、将坯料放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理完成后，为防止坯料因温度骤降产生缺陷，采用温度≥85℃的水将坯料冷却至室温；固溶处理温度为480～530℃，固溶处理时间为12～24h；
8、3)时效处理
9、将过饱和固溶态的坯料放入时效炉中进行多级时效处理，随后水冷至室温；所述多级时效处理包括两级，一级时效保温温度为350～400℃，保温时间为0～20h，二级时效保温温度为175～250℃，保温时间为50～150h；
10、4)挤压变形
11、将时效处理后的坯料预热至挤压变形温度后保温，之后放入已预热保温的挤压模具中挤压变形，获得挤压变形后的试样；
12、5)变形后时效处理
13、挤压变形后的试样放入时效炉中保温，进行时效处理，时效处理温度为180～225℃，时效处理时间为40～150h；处理完成后水冷至室温。
14、优选的，所述稀土镁合金铸锭为半连续铸造工艺获得的mg-gd-y-zn-mn合金。
15、优选的，所述mg-gd-y-zn-mn合金的成分质量百分比为：gd8.0～10.0％，y 4.0～5.0％，zn 1.0～2.0％，mn 0.4～1.0％，余量包含mg和其它不可避免的杂质。
16、进一步，经步骤3)多级时效处理后的坯料中析出长周期相和纳米第二相，其中长周期相包括层状lpso相和针状γ’相，纳米第二相为凸镜状β’相，所述层状lpso相所占体积分数为0-40vol％，所述针状γ’相所占体积分数为5-30vol％，所述凸镜状β’相所占体积分数为40-85vol％。
17、进一步，所述变形稀土镁合金的组织为体积占比≥80vol％细小等轴的再结晶组织，或者为细小等轴的再结晶与细柱状变形晶粒组成的双峰组织，所述再结晶晶粒尺寸≤10μm，优选的，再结晶晶粒尺寸≤5μm；所述变形晶粒尺寸≤25μm，优选的，变形晶粒尺寸≤15μm。
18、进一步，所述变形稀土镁合金的组织为体积占比≥90vol％细小等轴的再结晶组织，体积占比优选为95～98vol％。
19、进一步，所述变形稀土镁合金组织为细小等轴的再结晶与细柱状变形晶粒组成的双峰组织时，其中变形晶粒体积占比为40～75vol％。
20、进一步，所述变形稀土镁合金的屈服强度≥370mpa、极限抗拉强度≥470mpa，延伸率≥10％。
21、在本专利技术所述变形稀土镁合金的强韧化处理方法中：
22、步骤1)～步骤3)均是挤压变形前的坯料处理工艺。
23、其中，步骤1)是为了获得适合挤压模具尺寸的坯料。
24、步骤2)，坯料经过固溶热处理，固溶处理温度控制在480～530℃，固溶处理时间控制在12～24h，较常规固溶处理时间更长，使坯料中不利于材料成形性与力学性能的共晶相溶解，同时最大程度保留坯料内的固溶元素，获得过饱和固溶态的镁基体，方便后续多级时效处理过程中第二相的析出。采用温度≥85℃的水将坯料冷却至室温，避免由于冷却水温度过低导致坯料产生微裂纹。
25、步骤3)中，采用多级时效处理，控制一级时效保温温度为350～400℃，保温时间为0～20h，二级时效保温温度为175～250℃，保温时间为50～150h，其中，lpso相易在高保温区间(350～400℃)析出，而γ’相和β’相易在低保温区间(175-250℃)析出，从而让稀土镁合金坯料中分级析出lpso相、γ’相和β’相。通过调控时效温度和时效时间，可以精确调控坯料中各相的含量和体积分数，使镁基体中析出一定体积分数的层状lpso相(0-40vol％)、针状γ’相(5-30vol％)和凸镜状β’相(40-85vol％)。
26、lpso相可以通过扭折机制协调应变，减少应力集中，抑制变形过程中微裂纹的萌生，使材料的成形性提高，有利于后续的挤压变形；γ’相和β’相能通过粒子刺激形核机制促进动态再结晶的发生，同时部分会在变形过程中发生动态溶解，附着在动态再结晶的晶界处产生溶质阻力，抑制动态再结晶晶粒长大。利用不同第二相在挤压过程中的交互作用来影响镁基体的动态再结晶行为，达到改善变形组织，调整织构的效果。同时，在变形前均匀析出的第二相会使位错有序钉扎，并随着应变量的增大发生动态溶解，增强变形后时效析出效果，使镁合金强度塑性协本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变形稀土镁合金的强韧化处理方法，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，所述稀土镁合金铸锭为半连续铸造工艺获得的Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金。
3.如权利要求2所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，所述Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金的成分质量百分比为：Gd 8.0～10.0％，Y4.0～5.0％，Zn 1.0～2.0％，Mn 0.4～1.0％，余量包含Mg和其它不可避免的杂质。
4.如权利要求1或2或3所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，经过步骤3)时效处理后的坯料中析出长周期相和纳米第二相，其中长周期相包括层状LPSO相和针状γ’相，纳米第二相为凸镜状β’相；所述层状LPSO相所占体积分数为0-40vol％，所述针状γ’相所占体积分数为5-30vol％，所述凸镜状β’相所占体积分数为40-85vol％。
5.如权利要求1所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，步骤4)中，所述挤压变形温度为380～450℃，挤压比为6～20∶1，挤压速率为0.1～1mm
6.如权利要求1或5所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，步骤4)中，所述坯料预热至挤压变形温度后保温10～20min。
7.如权利要求1或5或6所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，步骤4)中，所述模具保温温度较挤压变形温度高10～20℃。
8.采用权利要求1～7中任一项所述强韧化处理方法获得的变形稀土镁合金，其特征在于，所述变形稀土镁合金的组织为体积占比≥80vol％细小等轴的再结晶组织，或者为细小等轴的再结晶晶粒与细柱状变形晶粒组成的双峰组织，所述再结晶晶粒尺寸≤10μm，优选的，再结晶晶粒尺寸≤5μm；所述变形晶粒尺寸≤25μm，优选的，变形晶粒尺寸≤15μm。
9.如权利要求8所述的变形稀土镁合金，其特征在于，所述变形稀土镁合金的组织为体积占比≥90vol％细小等轴的再结晶组织，体积占比优选为95～98vol％。
10.如权利要求8所述的变形稀土镁合金，其特征在于，所述变形稀土镁合金组织为细小等轴的再结晶晶粒与细柱状变形晶粒组成的双峰组织时，其中变形晶粒体积占比为40～75vol％。
11.如权利要求8或9或10所述的变形稀土镁合金，其特征在于，所述变形稀土镁合金的屈服强度≥370MPa，极限抗拉强度≥470MPa，延伸率≥10％。
...【技术特征摘要】
1.一种变形稀土镁合金的强韧化处理方法，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，所述稀土镁合金铸锭为半连续铸造工艺获得的mg-gd-y-zn-mn合金。
3.如权利要求2所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，所述mg-gd-y-zn-mn合金的成分质量百分比为：gd 8.0～10.0％，y4.0～5.0％，zn 1.0～2.0％，mn 0.4～1.0％，余量包含mg和其它不可避免的杂质。
4.如权利要求1或2或3所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，经过步骤3)时效处理后的坯料中析出长周期相和纳米第二相，其中长周期相包括层状lpso相和针状γ’相，纳米第二相为凸镜状β’相；所述层状lpso相所占体积分数为0-40vol％，所述针状γ’相所占体积分数为5-30vol％，所述凸镜状β’相所占体积分数为40-85vol％。
5.如权利要求1所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特征是，步骤4)中，所述挤压变形温度为380～450℃，挤压比为6～20∶1，挤压速率为0.1～1mm/s。
6.如权利要求1或5所述的变形稀土镁合金的强韧化处理方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟能，王敬丰，薛雄文，刘世杰，李竑芸，王柯，胡勇，王金星，潘复生，
申请(专利权)人：宝钢金属有限公司，
类型：发明
国别省市：
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