一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法与流程

本发明属于合金材料
技术领域：
，具体涉及一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法。
背景技术：
：mg-gd-y合金由于gd在镁中高达23.49wt.％(548℃)的平衡固溶度常被作为一种高强耐热镁合金应用于航空航天等领域。但作为金属结构材料，mg-gd-y合金的强度有余但塑性不足。为提高镁合金塑性，人们在技术和理论方面进行了有意的研究与探索，主要集中在如下两个研究方向：1)激活能提供5个独立滑移系的<c+a>锥面滑移，如升高变形温度、添加稀土元素和li，细化晶粒等。2)改变镁合金塑性成型路径，引入适当的剪切变形改变基面取向分布，提高塑性等，如ecap的大塑性变形、异步轧制、反复叠轧等变形工艺。这些研究对象均为晶粒取向随机分布的多晶镁合金，依据多晶体形变特点，按照taylor模型(全约束模型)，形变时晶界处约束条件为5个，即研究的基本出发点为需要5个独立滑移系才可协调这一复杂的边界条件。柱状晶组织具有类似双晶体(按照部分约束模型，在形变时其晶界处的约束条件减少至3个)的几何特征，其晶界约束条件较普通多晶组织少，将有利于晶界变形的协调。谢(谢建新,王宇,黄海友.连续柱状晶组织铜及铜合金的超延展变形行为与塑性提高机制[j].中国有色金属学报,2011,21(10):2324-2336.)等研究连续柱状cu合金超延展性变形行为时就认为柱状晶组织的高取向性、平直的低能小角度晶界是其塑性提升、具有超延展变形能力的主要原因。但fcc结构的cu，室温下独立的滑移系就有12个。因而从理论上预期减少晶界约束条件的柱状晶组织对室温下仅有2个独立滑移系的hcp结构镁合金塑性提升将更具有深刻意义。技术实现要素：本发明旨在提供一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法，以提高镁合金的性能。本发明的技术方案：一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金，该镁稀土合金主要以纯镁、mg-30gd、mg-30y中间合金为原料，按gd为6.00～6.60％、y为0.50～0.56％、余量为镁的质量百分比，采用定向凝固技术制备获得。一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金的制备方法，具体过程如下：(1)准备原料：纯度99.99％的纯镁、mg-30gd(wt.％)和mg-30y(wt.％)中间合金；其中，各原料按质量百分比计：gd为6.00～6.60％，y为0.50～0.56％，余量为镁；(2)将原料分割成小块，将分块的原料置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空，充保护气，开启熔炼系统与保温系统，进行熔炼得到合金液；(3)将所得合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，浇完即开启下拉系统的伺服电机，合金液即从石墨套底端连接水冷系统的铜制激冷台处开始凝固，伺服电机带动石墨套以恒定速度拉出保温系统；通过调整热挡板厚度、冷却液液面至激冷台位置、冷却介质来调整固/液界面前沿的温度梯度，使合金液至下而上定向凝固，通过控制伺服电机下拉速度来控制凝固速度，使具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁稀土合金。所述步骤(2)中，真空度为0.05pa，保护气为ar。所述步骤(3)中，激冷台温度恒定2℃。所述步骤(3)中，固/液界面前沿的温度梯度为400k/cm；凝固速度为70μm/s。所述步骤(3)中，晶体生长取向为具有胞状亚结构一次臂间距为120μm的柱状晶组织。合金的性能测试：利用线切割沿定向凝固试样的纵截面切取拉伸试样。采用wdw3100型万能试验机对定向凝固合金试样在下进行单轴拉伸性能实验，应变速率为0.0001s-1，并由万能实验机附带的数据记录仪自动采集拉伸过程中应力、应变等数据。利用dmi5000m型光学金相显微镜观察了定向凝固合金显微组织，利用nordlysnano高速ebsd系统采集ebsd数据，对实验合金进行取向分析。本发明的有益效果：本发明提供了一种高强塑积定向凝固镁稀土合金产品。采用定向凝固技术成功制备出塑性高达35.66％的mg-6.40gd-0.54y(wt.％)合金，该合金晶粒取向主要集中在在室温单轴变形过程中，晶粒都启动基面滑移，彼此间协调变形性好，其变形机制以基面滑移和拉伸孪晶为主，塑性极高。附图说明图1为拉伸试样尺寸图。图2为试验合金纵截面金相组织(om)。图3为定向凝固mg-gd-y合金柱状晶晶体生长取向图。其中，(a)为mg-6.00gd-0.50y；(b)为mg-6.20gd-0.52y；(c)为mg-6.40gd-0.54y。图4为实例1合金工程应力-应变曲线。图5为实例2合金工程应力-应变曲线。图6为实例3合金工程应力-应变曲线。图7为实例4合金工程应力-应变曲线。具体实施方式下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。实验条件：熔炼系统与保温系统电源功率与时间对应关系如表1所示：表1时间t/s保温功率p/kw熔炼功率p/kw01.01.054.22.51.02155.01.52477.51.53507.52.05607.53.05907.54.06085.04.07003.02.07201.00实施例1一种高强塑积定向凝固镁稀土合金，其制备方法如下：配料按质量百分比计：gd6.00％，y0.50％，余量为镁。将分割成小块的99.9wt.％纯镁锭、mg-30gd(wt.％)及mg-30y(wt.％)置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空至0.05pa，充ar保护气，开启熔炼与保温系统电源，熔炼得到合金液。合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，通过调整热挡板厚度和冷却液液面位置及冷却介质等来调整固/液界面前沿的温度梯度至400k/cm，凝固速度70μm/s。具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁合金铸锭。所得合金通过wdw3100电子万能试验机拉伸实验测定，屈服强度33mpa，抗拉强度75mpa，室温延伸率22.27％，强塑积1670mpa％。实施例2一种高强塑积定向凝固镁稀土合金，其制备方法如下：配料按质量百分比计：gd6.20％，y0.52％，余量为镁。将分割成小块的99.9wt.％纯镁锭、mg-30gd(wt.％)、mg-30y(wt.％)及mg-10er置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空至0.05pa，充ar保护气，开启熔炼与保温系统电源，熔炼得到合金液。合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，通过调整热挡板厚度和冷却液液面位置及冷却介质等来调整固/液界面前沿的温度梯度至400k/cm，凝固速度70μm/s。具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁合金铸锭。所得合金铸锭通过wdw3100电子万能试验机拉伸实验测定，屈服强度47mpa，抗拉强度89mpa，室温延伸率20.27％，强塑积为1804mpa％。实施例3一种高强塑积定向凝固镁稀土合金，其制备方法如下：配料按质量百分比计：gd6.40％，y0.54％，余量为镁。将分割成小块的99.9wt.％纯镁锭、mg-30gd(wt.％)、mg-30y(wt.％)及mg-10er置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空至0.05pa，充ar保护气，开启熔炼与保温系统电源，熔炼得到合金液。合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，通过调整热挡板厚度和冷却液液面位置及冷却介质等来调整固/液界面前沿的温度梯度至400k/cm，凝固速70μm/s。具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁合金铸锭。所得合金铸锭通过wdw3100电子万能试验机拉伸实验测定，屈服强度52mpa，抗拉强度102mpa，室温延伸率35.66％，强塑积为3637mpa％实施例4一种高强塑积定向凝固镁稀土合金，其制备方法如下：配料按质量百分比计：gd6.60％，y0.56％，余量为镁。将分割成小块的99.9wt.％纯镁锭、mg-30gd(wt.％)、mg-30y(wt.％)及mg-10er置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空至0.05pa，充ar保护气，开启熔炼与保温系统电源，熔炼得到合金液。合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，通过调整热挡板厚度和冷却液液面位置及冷却介质等来调整固/液界面前沿的温度梯度至400k/cm，凝固速度70μm/s。具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁合金铸锭。所得合金铸锭通过wdw3100电子万能试验机拉伸实验测定，屈服强度53mpa，抗拉强度88mpa，室温延伸率20.00％，强塑积为1760mpa％。当前第1页12