一种稀土变形镁合金坯料制备方法与流程

本发明属于合金、有色金属的处理技术领域。

背景技术：

镁-铝（mg-al）合金是镁合金中是应用最广泛旳合金，其优异的综合性能有目共睹，另外合金中含少量的mn，有利于消除有害元素的不利影响，提高耐蚀性能。但该合金的力学性能低，耐热性和塑性加工性差。

新型半固态成形工艺的出现为解决传统凝固和塑性成型面临的障碍提供了新的途径，被认为是21世纪最具前景的材料成形方法。如何获得良好的半固态非枝晶组织，是半固态成形技术的基础和关键。东北大学的管仁国教授等人提出了波浪形倾斜板振动半固态成形技术；南昌大学杨湘杰教授提出了旋转倾斜圆筒式制装技术；北京科技大学毛卫民教授开发出了蛇形管通道绕铸法；北京有色金属总院开发出了阻尼冷却管法。半固态等温热处理是近年开发的一种新方法，用该方法制备半固态成形用的非枝晶锭料在二次加热中可以直接由铸态的锭料变成为非枝晶锭料，省去了制造半固态浆料所需的特殊程序，被广泛用于铸造镁合金的半固态坯料制备中，但该方法对于变形镁合金坯料的制备研究还处于探索阶段。

稀土元素独特的核外电子排布，使其在镁合金中能产生特别的作用，其中稀土元素gd对mg-al合金具有显著的变质能力，大连理工大学的谷松伟等人发现稀土元素gd可以细化az31铸态组织。同时，文献[b.pourbahari,m.emamy,h.mirzadeh,“synergisticeffectofalandgdonenhancementofmechanicalpropertiesofmagnesiumalloys”,progressinnaturalscience:materialsinternational,27(2017)228-235]提出，加入gd元素后，在生成al2gd相的同时也生成了另一种层状(mg,al)3gd相，这种层状相不仅影响变形镁合金的塑性成形能力，并且导致产生高应力集中点，为微裂纹成核及其传播提供了合适的位置。因此，(mg,al)3gd相的形成会导致变形镁合金性能的下降。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种稀土变形镁合金坯料制备方法，使层状的(mg,al)3gd相转变成颗粒状al2gd相，使得稀土变形镁合金塑性及延展性得到显著改善。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种稀土变形镁合金坯料制备方法，其特征在于将mg-al-zn系合金放入740~760℃炉温的坩埚中加热至熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状mg-20%gd中间合金，保温10分钟后将合金熔体降温至700℃，然后以15~20℃/s的冷却速度冷却，凝固后获得合金锭，上述合金各组分的重量百分比为：铝为2.0~5.0%，锌为0.8~1.2%，钆为2.0~2.5%，锰为0.3~0.5%，余量为镁；将得到的合金锭放入热处理炉中，在保护气氛围中进行等温热处理，等温热处理温度为595℃~615℃，保温时间20~40分钟，取出水淬，获得细小的球状半固态稀土镁合金坯料。

本发明的技术效果是：采用本发明所用方法制备变形镁合金坯料，可以使层状的(mg,al)3gd相转变成颗粒状al2gd相，使得稀土变形镁合金塑性及延展性得到显著改善。同时，al2gd颗粒可以作为α-mg晶粒的异质核心，使最终得到的稀土变形镁合金坯料组织细小圆整，可塑性好，完全满足其触变成形的要求。

附图说明

图1为实施例2条件下制备的合金锭的光学显微组织。

图2为实施例2条件下制备的合金锭的sem显微组织。

图3为实施例2条件下制备的变形镁合金坯料的光学显微组织

图4为实施例2条件下制备的变形镁合金坯料的sem显微组织。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1：本实施例中首先把mg-al-zn合金（al的质量百分比为2%，zn的质量百分比为0.8%，余量为mg）热至740℃，待合金全部熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状mg-20%gd中间合金，其中稀土元素gd占熔液的质量分数为2.0%，保温10分钟后将合金熔体降温至700℃，然后以15℃的冷却速度冷却，凝固后获得合金锭；将得到的合金锭进行等温热处理，等温热处理温度为595℃，保温时间为40分钟，取出水淬，即可得到稀土镁合金半固态坯料。

实施例2：本实施例中首先把mg-al-zn合金（al的质量百分比为3%，zn的质量百分比为1%，余量为mg）热至750℃，待合金全部熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状mg-20%gd中间合金，其中稀土元素gd占熔液的质量分数为2.0%，保温10分钟后将合金熔体降温至700℃，然后以20℃的冷却速度冷却，凝固后获得合金锭；将得到的合金锭进行等温热处理，等温热处理温度为605℃，保温时间为30分钟，取出水淬，即可得到稀土镁合金半固态坯料。

实施例3：本实施例中首先把mg-al-zn合金（al的质量百分比为4%，zn的质量百分比为1.2%，余量为mg）热至760℃，待合金全部熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状mg-20%gd中间合金，其中稀土元素gd占熔液的质量分数为2.5%，保温10分钟后将合金熔体降温至700℃，然后以15℃的冷却速度冷却，凝固后获得合金锭；将得到的合金锭进行等温热处理，等温热处理温度为605℃，保温时间为30分钟，取出水淬，即可得到稀土镁合金半固态坯料。

实施例4：本实施例中首先把mg-al-zn合金（al的质量百分比为5%，zn的质量百分比为1%，余量为mg）热至750℃，待合金全部熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状mg-20%gd中间合金，其中稀土元素gd占熔液的质量分数为2.5%，保温10分钟后将合金熔体降温至700℃，然后以20℃的冷却速度冷却，凝固后获得合金锭；将得到的合金锭进行等温热处理，等温热处理温度为615℃，保温时间为20分钟，取出水淬，即可得到稀土镁合金半固态坯料。

将实施例2制得的合金锭和经过等温热处理的变形镁合金坯料取样，经打磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察合金显微组织，如附图1和附图3所示。将实施例2制得的合金锭和经过等温热处理的变形镁合金坯料取样在扫描电镜下观察合金中稀土相分布情况，如附图2和附图4所示。从附图中可以看出，等温热处理工艺可以使得层状的(mg,al)3gd转变成颗粒状al2gd。同时，部分al2gd颗粒作为α-mg晶粒的异质核心，其余al2gd颗粒分布均匀，使最终得到的稀土变形镁合金坯料组织细小圆整，可塑性好，完全满足其触变成形的要求。

技术特征：

技术总结
一种稀土变形镁合金坯料制备方法，将Mg‑Al‑Zn系合金放入坩埚中熔化后，加入用铝箔纸包裹的小块状Mg‑20%Gd，保温10min后降温至700℃，再15~20℃/s冷却，凝固，其合金各组分的重量百分比：铝2.0~5.0%，锌0.8~1.2%，钆2.0~2.5%，锰0.3~0.5%，余为镁；将合金锭放入热处理炉中，保护气氛围中，595℃~615℃等温热处理20~40min，取出水淬。本发明可使层状的(Mg,Al)3Gd相转变成颗粒状Al2Gd相，使稀土变形镁合金塑性及延展性显著改善。Al2Gd颗粒可以作为α‑Mg晶粒的异质核心，使稀土变形镁合金坯料组织细小圆整，可塑性好，完全满足其触变成形要求。

技术研发人员：胡志;殷正;褚晨亮;闫洪
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2018.09.25
技术公布日：2019.02.15