本发明属于超高强镁合金制备领域，特别涉及超高强纳米异构镁合金制备方法。
背景技术：
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高阻尼等优点，作为新一代轻质结构材料，其优异的减重特性对航空航天、交通运输等领域具有重要意义。然而现有镁合金力学性能偏低，难以满足航空航天等领域对于高性能材料的需求，因而提高镁合金强度、制备高强甚至超高强镁合金是镁合金研究的重要目标。纳米异构金属材料是近年来发展起来的金属材料有效的强化方法，可显著提高金属材料强度和韧性，探索制备纳米异构镁合金新技术对超高镁合金材料制备有重要意义。技术实现要素：本发明在于提供一种超高强mg-gd-y-zr纳米异构镁合金制备方法。所述镁合金质量百分比成分为：mg-7~9gd-2.5~3.5y-0.2~0.45zr，先采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，将镁合金锭坯进行均匀化热处理后挤压成棒材，然后对挤压棒材进行旋锻变形。采用此方法制得的纳米异构镁合金平均晶粒尺寸为30nm~2μm，所得纳米异构镁合金成品尺寸为直径3~30mm、长1000~2000mm，结合后续热处理合金室温抗拉强度≥580mpa，屈服强度≥470mpa，断后伸长率≥6%。本发明超高强mg-gd-y-zr纳米异构镁合金制备方法，包括以下具体步骤：a．采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯；b．将镁合金锭坯进行均匀化热处理，将均匀化处理后的坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材进行旋锻变形，控制旋锻温度为0~350℃，控制道次变形量为10~20%，控制旋锻总变形量为5~60%，控制进料速度为3~8mm/min，每2道次变形后改变进料方向；d．将所制得纳米异构镁合金进行时效热处理。所述的旋锻变形，控制旋锻温度为0~300℃。所述的旋锻变形，控制旋锻总变形量为10~60%。所述的旋锻变形，控制进料速度为4~6mm/min。本发明具有以下优点：1)将挤压棒材进行旋锻变形。首先，旋锻变形可实现高的静水压应力，降低镁合金的开裂倾向，提高可实现的总变形量；其次，旋锻变形可实现高的应变速率，高应变速率可提高镁合金开裂前可累积的位错密度、高密度位错诱发镁合金内部形成纳米量级亚结构、进而形成纳米晶；再次，旋锻变形可在沿棒材直径不同部位形成不同应力场，激发不同的变形机制，形成连续变化的组织，制得纳米异构镁合金。2)通过控制旋锻温度获得纳米异构结构。旋锻变形时温度高，合金流动性强，变形更容易深入，变形过程中发生再结晶而形成晶粒粗大的均匀变形组织。温度较低时，晶粒不易长大，形成纳米晶，同时低温下合金流动性不强，易形成异构组织。但是变形温度过低，旋锻变形的高应变速率以及变形的不均匀，易导致合金棒材心部内应力剧增，诱发开裂。通过大量试验探索表明，对于mg-7~9gd-2.5~3.5y-0.2~0.45zr合金体系，在0~350℃旋锻变形，高应变速率诱发局部形成晶粒尺寸约为30~100nm纳米晶，同时变形的不均匀使合金内部保存大量晶粒尺寸约为100nm~2μm的超细晶。3)控制旋锻总变形量也是获得纳米异构组织的重要保障。变形量过低时，仅可在局部形成超细晶组织，难以形成纳米晶，而变形量过高则容易导致合金开裂。大量试验探索表明，旋锻总变形量在5~60%时，才可获得纳米异构组织。4)采用半连续铸造方法制取镁合金锭坯，可减少夹杂、气孔、疏松、中心裂纹等缺陷。控制缺陷数量可降低其在后续变形过程中的开裂倾向、提高镁合金在旋锻变形过程中的成形性、提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米镁合金成品晶粒尺寸。采用挤压方法制备旋锻坯料，可进一步降低合金缺陷数量、减小缺陷尺寸，提高可实现的旋锻总变形量、降低可采用的旋锻温度，进而降低纳米异构镁合金成品晶粒尺寸。具体实施方式实施例1a．所用镁合金质量百分比成分为mg-8gd-3y-0.4zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在25℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%，总变形量为35％，控制进料速度为4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为30nm~2μm、成品尺寸为直径20mm、长2000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据gb/t228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例2a．所用镁合金质量百分比成分为mg-8gd-3y-0.4zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在150℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、10%、10%，总变形量为31％，控制进料速度为4mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长2000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据gb/t228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例3a．所用镁合金质量百分比成分为mg-8gd-3y-0.4zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在200℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%，总变形量为39％，控制进料速度为5mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为70nm~1μm、成品尺寸为直径14mm、长1000mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据gb/t228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例4a．所用镁合金质量百分比成分为mg-8gd-3y-0.4zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在300℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、15%、15%，总变形量为48％，控制进料速度为6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金晶粒尺寸为50nm~2μm、成品尺寸为直径30mm、长1500mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据gb/t228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。实施例5a．所用镁合金质量百分比成分为mg-8gd-3y-0.4zr，采用半连续铸造方法制备镁合金锭坯，并进行均匀化热处理；b．将均匀化处理后的合金坯料进行挤压变形；c．将挤压棒材在300℃进行旋锻变形，控制道次变形量为15%、15%、10%、10%，总变形量为41％，控制进料速度为6mm/min，每2道次变形后改变进料方向，所得纳米异构镁合金平均晶粒尺寸为80nm~2μm、成品尺寸为直径22mm、长1500mm；d．将旋锻棒材进行时效热处理。根据gb/t228-2002对所得纳米异构镁合金进行力学性能测试，结果见表1。表1纳米异构镁合金室温抗拉力学性能编号抗拉强度/mpa屈服强度/mpa断后伸长率/%实施例15995067实施例25905206实施例36035456实施例45995156实施例55894788当前第1页12