一种提高Mg-Zn-Y合金的阻尼与力学性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金技术领域，涉及一种镁合金的塑性加工方法，具体涉及一种提 高Mg-Zn-Y合金的阻尼与力学性能的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 随着航空航天、武器装备及交通工具等现代工业日趋轻量化、高速化和大功率化 的发展趋势，由此引起的振动和噪声问题变得尤为突出。因此，低密度、高比强度、高阻尼 金属结构材料是航空航天、新型武器装备及现代工业发展中紧迫的材料需求。镁是最轻的 商用金属结构材料，能够满足轻量化的需求；镁也是阻尼性能最好的金属材料，满足减振 降噪的需求。纯镁阻尼性能优良（比阻尼系数>60%)，但强度太低；而镁合金（Mg-Al-Zn、 Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr)强化的机制主要为固溶强化、析出强化等，但溶质原子和析出相对镁 基面位错滑移的强钉扎导致阻尼性能大大降低（比阻尼系数5~10%)，也存在这一定缺陷。如 何同时有效改善镁合金阻尼性能和力学性能是一个亟待解决的重要问题。
[0004] 日本学者在"Plastic Deformation Behavior of Mg97ZnlY2 Extruded Alloys" 一文提到：在镁合金中，长周期堆垛有序（LPS0)具有的独特结构能显著提高合金力学性 能。这一发现极大地激发了国内外科学家的研宄兴趣，使含LPS0相镁合金成为近年来学 术界的一个研宄热点。CN 101805864 B中公开了"高阻尼高强Mg-Cu-Mn-Zn-Y"合金，其向 Mg-Cu-Mn合金中加入Zn和Y元素，使Mg、Zn、Y在合金中形成准晶和/或长周期相，有效提 高合金的阻尼。但如何有效改善含LPS0相镁合金的阻尼与力学性能，目前尚未有研宄。
[0005] 现有常规镁合金处理方法中，单一的变形或热处理往往会导致合金阻尼与力学性 能不可兼得，往往在提升合金力学的同时，会大幅降低合金的阻尼性能，使得镁合金材料无 法同时满足力学与阻尼性能方面的要求，无法更好地应用于高速列车、汽车、航空航天、国 防军工和纺织工艺等领域，而存在着一定的缺陷。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高Mg-Zn-Y合金的阻 尼与力学性能的方法，用来同时改善含LPS0相镁合金的阻尼与力学性能，使采用本发明方 法处理后的变形镁合金，在满足减震降噪及轻量化实际需求的同时，能够满足材料力学和 阻尼性能方面的要求。
[0007] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高Mg-Zn-Y合金的阻尼与力学 性能的方法，通过改变Mg-Zn-Y合金中长周期堆垛LPS0相微观形貌，来改善合金的阻尼与 力学性能，具体包括如下步骤： 1) 均匀化处理：将Mg-Zn-Y合金铸锭在480~520°C均匀化处理3~6小时； 2) 挤压塑性变形：将步骤1)均匀化处理后的Mg-Zn-Y合金在挤压机上进行挤压；其中， 挤压的工艺条件参数为：挤压温度380~450°C，挤压比为9~16,挤压速度为2~8 m/min，且在 挤压过程中挤压速度恒定； 3) LPSO相形貌调控热处理：将步骤2)挤压后的Mg-Zn-Y合金在530~550°C进行热处 理2~6小时； 4) 轧制变形：将步骤3)处理后的Mg-Zn-Y合金在410~460°C进行轧制，单道次3~8%变 形量，累计变形量40~60%。
[0008] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 1、长周期堆垛（LPS0 )相是镁合金中的有效强化相，本发明对具有LPS0相的Mg-Zn-Y合 金进行研宄，通过塑性变形与热处理的协同配伍与耦合作用，实现了 Mg-Zn-Y合金中LPS0 相的调控，实现合金相组织的"无序"到"有序"的转变，使合金中原本杂乱不规则的LPS0相 组织转变为杆状形貌LPS0相，这种杆状LPS0相在合金中有类似纤维增强的效果，有利于合 金的阻尼与力学性能的提升。
[0009] 2、本发明采用挤压变形后的高温热处理实现LPS0相的调控，有效解决了 Mg-Zn-Y 合金中LPS0相十分稳定难以进行调控的技术问题；此外，在镁合金常规处理工艺中，单一 的变形或热处理往往会导致合金阻尼与力学性能不可兼得，往往在提升合金力学的同时， 大幅降低合金的阻尼性能；基于这方面的考虑，本发明经过大量创造性的研宄，通过微观形 貌控制及塑性变形工艺，发现当采用挤压工艺一热处理形貌控制工艺一轧制工艺时，由于 多种工艺的协同配伍与耦合作用，能够实现Mg-Zn-Y合金阻尼与力学性能的同时提高，为 镁合金中阻尼与力学性能之间的矛盾提供新的解决思路。
[0010] 3、采用本发明方法可以制备出高强高阻尼变形镁合金，该变形镁合金同时具有良 好的力学与阻尼性能，能在满足当前发展中对材料提出的减震降噪及轻量化的实际需求的 同时，满足材料力学和阻尼性能方面的要求，使本发明处理后的变形镁合金可广泛应用于 高速列车、汽车、航空航天、国防军工和纺织工艺等领域，同时发挥高阻尼和高力学强度性 能。
[0011] 4、本发明方法工艺简单，容易操作，试验参数控制方便，可移植性强；所用工艺设 备均为常规设备，成本较低，具有良好的可推广性。
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【附图说明】
[0013] 图1为对比例1-1处理后的变形镁合金的微观组织照片； 图2为对比例1-2处理后的变形镁合金的微观组织照片； 图3为实施例1处理后的变形镁合金的微观组织照片。
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【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明 技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程，并与常规工艺处理的 镁合金性能进行对比，来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施 例。
[0016] 对比例1-1采用常规挤压方法对镁合金进行加工，包括如下步骤： 1) 均匀化处理：使用含有LPSO相的Mg-Zn-Y合金为原料，在500°C均匀化处理4小 时；其中，Mg-Zn-Y合金中Zn元素质量含量4. 9%，Y元素质量含量为8. 9%，杂质元素质量含 量少于0. 2%，其余为Mg (重量百分比）； 2) 挤压塑性变形：将均匀化处理后的Mg-Zn-Y合金在挤压机上进行挤压，工艺参数 为：挤压温度400°C，挤压比为12. 56,挤压速度为5 m/min，且挤压速度恒定。
[0017] 对采用以上工艺处理的Mg-Zn-Y合金进行性能测试，结果显示Mg-4. 9%Zn-8. 9%Y 合金经过挤压后，其室温抗拉强度为415MPa，屈服强度为325MPa，应变为10_3时的阻尼为 0.016。
[0018] 对比例1-2采用常规挤压-轧制方法对镁合金进行加工，包括如下步骤： 1) 均匀化处理：使用含有LPS0相的Mg-Zn-Y合金为原料，在500°C均匀化处理4小 时；其中，Mg-Zn-Y合金中Zn元素质量含量4. 9%，Y元素质量含量为8. 9%，杂质元素质量含 量少于0. 2%，其余为Mg (重量百分比）； 2) 挤压塑性变形：将均匀化处理后的Mg-Zn-Y合金在挤压机上进行挤压，工艺参数 为：挤压温度400°C，挤压比为12. 56,挤压速度为5 m/min，且挤压速度恒定。
[0019] 3)轧制变形：将上述步骤2)处理后的Mg-Zn-Y合金在450°C进行轧制，单道次5% 变形量，累计叠轧50%。
[0020] 对采用以上工艺处理的Mg-Zn-Y合金进行性能测试，结果显示对比例1-2中，处理 后的Mg-4. 9%Zn-8. 9%Y合金室温抗拉强度为430MPa，屈服强度为350MPa，应变为10_3时的 阻尼为0.011。与对比例1-1相比，合金的力学得到提升，