一种超高延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金制造领域，尤其涉及一种超高延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，同时兼具有比强度高、降噪减振好、电磁屏蔽性好、易于回收等优点，在交通车辆、航空航天、电子通讯、国防科技等领域中具有十分广阔的应用前景。特别是随着对轻量化、节能、环保等要求的日益提高，镁合金在这些领域中的应用越来越受到重视。然而，镁合金自身具有的缺点，如强度较低、韧性较差等问题，限制了镁合金的工业化广泛应用。因此，要进一步扩大镁合金的应用范围，满足其在高技术领域的应用，必须提高镁合金的综合性能。
[0003]准晶因其独特的原子排列结构而具有优异的机械和物理性能，如高强度、低摩擦系数、抗氧化、耐腐蚀等，将其作为增强相引入到镁合金中可提高镁合金的综合性能，为新型镁合金的开发和实际应用提供了一条新途径。近年来，因Mg-Zn-Y合金微观组织中具有高强特性的二十面体准晶相而成为研宄热点。特别是变形Mg-Zn-Y合金，相对于铸造镁合金具有更高的强度，更好的塑性，更多样化的力学性能，从而可满足更多结构件的需求。目前，变形Mg-Zn-Y合金的制备方法为:铸造一均匀化退火(一般380-420°C，8-24h)—热挤压。已报道的用现有方法制备的Mg-Zn-Y合金一般具有较高的强度，但室温延伸率一般低于20%，极大限制了 Mg-Zn-Y合金的大规模应用；比如对于需要冷变形成型的部件，低延伸率限制了冷变形的成型性，且很难做到无损伤冷变形成型。因此，探索并开发出一种制备超高延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种超高延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法。通过该方法制备Mg-Zn-Y合金的过程中，形成了纳米共准晶组织，使最终得到的Mg-Zn-Y合金具有高于40 %的室温延伸率。
[0005]本发明实现其发明目的所采取的技术手段是:一种超高延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法，其步骤是:
[0006]A、浇注:按Zn 3-8%, Y 0.7-1.8%，余量为Mg的元素质量百分比，浇注Mg-Zn-Y合金铸锭；
[0007]B、热处理:将A步得到的Mg-Zn-Y合金铸锭在480-500°C下保温8_24h，随即进行水淬处理，得到热处理后的Mg-Zn-Y合金锭；
[0008]C、预变形:将B步得到的Mg-Zn-Y合金锭在300-400°C下保温2_4h后，进行温度为320-380°C，挤压比为1.2-3.5的预变形处理；
[0009]D、热挤压:将C步的预变形处理后的Mg-Zn-Y合金锭在300-400 °C下保温2-4h后，进行温度为330-400°C，挤压比为20-60的热挤压处理，即得。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0011]一、申请人发现，B步的480-500°C的热处理不仅能够获得更好的固溶效果，使添加的合金元素(Zn、Y)更多的溶入至α-Mg基体内部，提高了最终得到的Mg-Zn-Y合金的室温延伸率；最重要的是，在这个温度下，合金中α-Mg基体晶界处会出现少量的液相，再经水淬处理，合金能凝固形成纳米共准晶组织，即层片间距为纳米级的共晶组织(其中一相为准晶相，另一相为α-Mg相)；这种纳米共准晶组织在D步的热挤压处理发生破碎，得到晶粒尺寸非常细小(纳米级)的准晶相，大大提高了最终得到的Mg-Zn-Y合金的室温延伸率。
[0012]二、B步热处理后，再进行C步的预变形处理，预变形处理可改善合金的织构(晶粒取向)，有利于塑性变形时柱面滑移的启动，改善合金的塑性成形能力，有利于再次挤压后沿着预变形方向(和挤压方向相同)的延伸率的提高。
[0013]三、在D步的热挤压处理中，通过高温塑性变形使得Mg-Zn-Y合金中的a-Mg基体发生动态再结晶，使原铸态合金中呈树枝晶的a -Mg基体变为等轴晶，细化了晶粒，大大提高了 Mg-Zn-Y合金的强度和延伸率；同时，热挤压可通过破碎Mg-Zn-Y合金中的纳米共准晶组织，达到细化第二相的效果(得到纳米级的准晶相)；最终获得室温延伸率高于40%的Mg-Zn-Y 合金。
[0014]总之，相对于传统的变形Mg-Zn-Y合金的制备方法，480-500°C的热处理步骤，再配合预变形处理和热挤压处理，即获得了具有纳米级准晶相的Mg-Zn-Y合金，充分发挥了准晶的作用，合金的室温延伸率高于40% (远高于现有Mg-Zn-Y合金20%的室温延伸率)。获得了超高延伸率的Mg-Zn-Y合金，大大扩展了 Mg-Zn-Y合金的工业应用范围。比如，对于需冷变形(如冷冲压、弯折等)成型部件，尤其大型冷变形零部件，高延伸率可较大程度地提高合金的冷变形成型性，提高生产效率，实现无损伤冷变形成型。且超高延伸率也扩大了合金在轨道交通车辆、汽车和3C产品(计算机(Computer)、通信(Communicat1n)和消费类电子产品(ConsumerElectronics)三者结合，亦称“信息家电”)等领域的应用。
[0015]进一步，本发明所述A步中浇注Mg-Zn-Y合金铸锭时:Zn元素以纯Zn加入，Y元素以Mg-Y合金加入，Mg元素以纯Mg加入。
[0016]又进一步，本发明所述Mg-Y合金中Y的含量为20_35wt.%。
[0017]再进一步，本发明所述A步中饶注Mg-Zn-Y合金铸锭的具体步骤为:
[0018]将纯Mg置于坩祸中加热，加热至350°C时开始通入C02+SF6混合保护气体(其中，SF6在混合保护气体中的含量范围为0.4% -1vol.% );待持续加热至纯Mg全部熔化时，加入纯Zn及Mg-Y合金；继续加热合金熔体至720-760°C，搅拌2_5min ;对合金熔体进行精炼处理，精炼后静置5-10min，在710-740°C浇注得到Mg-Zn-Y合金铸锭。
[0019]所述的对合金熔体进行精炼处理的具体操作是:在对合金熔体搅拌过程中，向合金熔体中加入合金熔体总质量的1-3%的RJ-4熔剂、RJ-5熔剂或RJ-6熔剂等Mg精炼剂，加入Mg精炼剂后，再继续搅拌2-5min，然后静置lOmin，捞渣，即完成精炼处理。
[0020]通过上述的Mg-Zn-Y合金铸锭的浇注操作，浇注参数的选择，可得到混合均匀，性能稳定的Mg-Zn-Y合金铸锭；再加入Mg精炼剂，可有效去除合金熔体中的氧化镁、渣气及其他杂质，增强合金中熔剂的扩散性能，减少金属在熔炼过程中的氧化、燃烧，进一步保证了Mg-Zn-Y合金的超高延伸性能。
[0021]本发明通过调节上述参数，做了大量对比实验。下面结合实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]—种超尚延伸率Mg-Zn-Y合金的制备方法，其步骤是:
[0024]A、浇注:按Zn 7.6%, Y 1.7%，余量为Mg的元素质量百分比，浇注Mg-Zn-Y合金铸锭；
[0025]B、热处理:将A步得到的Mg-Zn-Y合金铸锭在480°C下保温16h，随即进行水淬处理，得到热处理后的Mg-Zn-Y合金锭；
[0026]C、预变形:将B步得到的Mg-Zn-Y合金锭在350°C下保温3h后，进行温度为350°C，挤压比为2的预变形处理；
[0027]D、热挤压:将C步的预变形处理后的Mg-Zn-Y合金锭在350°C下保温3h后，进行温度为350°C，挤压比为32的热挤压处理，即得。
[0028]本例中所述A步中浇注Mg-Zn-Y合金铸锭的具体步骤为:
[0029]将纯Mg置于坩祸中加热，加热至350°C时开始通入C02+SF6混合保护气体；待持续加热至纯Mg全部熔化时，加入纯Zn及Y的含量为25wt.%的Mg-Y合金；继续加热合金熔体至740°C，搅拌3min ;在合金熔体中加入合金熔体总质量的2%的Mg精炼剂(RJ-4熔剂)，对合金熔体进行精炼处理，精炼后静置5min，待温度降至720 °C时，进行浇注，即得Mg-Zn-Y合金铸Ι? ο
[0030]试验测得通过本实施例的制备方法制备的Mg-Zn-Y合金的抗拉强度为195MPa，室温延伸率为41 %。
[0031]实施例2
[0032]—种超尚延伸率Mg-Zn