專利名稱：一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，特別提供了一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，適用于
加工含有粗大且不均勻分布第二相的耐熱鎂合金。
背景技術(shù)：
超塑性是在特定的溫度和應變速率下材料塑性顯著提高的現(xiàn)象，對于塑性較差的材料，超塑成型是一種非常重要的整體工業(yè)部件成型工藝，在汽車、航空等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應用。鎂合金為密排六方結(jié)構(gòu)，塑性較低，成型性差，因而超塑成型對于鎂合金就顯得非常重要。取得結(jié)構(gòu)超塑性有兩個主要前提，第一是晶粒尺寸一般要小于io微米，第二是細晶在高溫超塑性變形過程中應保持相對穩(wěn)定，這需要有細小彌散分布的熱穩(wěn)定第二相粒子阻止晶粒的長大。含有Y、 Nd、 Gd等元素的鎂合金是近年來發(fā)展的高強耐熱鎂合金，這些元素在Mg中的固溶度隨溫度變化差異較大，并可以與Mg及其它合金元素形成化合物。通過固溶時效處理，這些化合物可形成彌散質(zhì)點分布在Mg基體中，由此可以阻止位錯滑移并可以釘扎晶界，因而含這些元素的鎂合金不僅具有高強度，而且熱穩(wěn)定性好。但在鑄態(tài)下這些化合物尺寸粗大且分布不均勻，因而要獲得超塑性，不僅需要細化晶粒，還需要破碎粗大耐熱相并使其均勻分布或固溶入基體。傳統(tǒng)的熱加工(擠壓和軋制)和強塑性變形工藝(等通道角擠壓和高壓扭轉(zhuǎn))雖然可以有效細化晶粒，但對第二相粒子分布改善效果不夠理想，尤其是加工工序繁雜，增加了制備成本。 攪拌摩擦加工是在攪拌摩擦焊基本原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的金屬材料塑性加工技術(shù)。與其它塑性加工技術(shù)相比，攪拌摩擦加工工序簡單且高效，尤其是破碎和混合作用強，不僅可細化基體晶粒，而且可以破碎第二相粒子并使其均勻分布甚至使其固溶入基體。采用該技術(shù)已在幾種商業(yè)鋁合金中獲得了細晶超塑性結(jié)構(gòu)，取得良好的超塑性性會g (ActaMaterialia， vol. 50， No.17(2002)p. 4419—4430 ;Scripta Materialia， vol. 50，No. 7(2004)p. 931-935)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，適用于加工含有粗大且不均勻分布第二相的耐熱鎂合金。 本發(fā)明提供了一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于采用攪拌摩擦加工技術(shù)對含有粗大且不均勻分布第二相的耐熱鎂合金進行加工，在細化鎂基體晶粒的同時，破碎耐熱相并使其在基體中均勻分布或者使其固溶入基體，以便獲得良好的超塑性變形能力。 本發(fā)明細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法中，對含有稀土元素釔(Y)、釹(Nd)、釓(Gd)、鏑(Dy)、釤(Sm)、以及鈣(Ca)的耐熱鎂合金進行攪拌摩擦加工，加工工具轉(zhuǎn)速300-4000轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度25-1000毫米/分鐘，加工道次1_5次。本發(fā)明不僅適用于所開展研究的耐熱鎂合金，還適用于通過添加其它合金元素形成彌散質(zhì)點強化的耐熱鎂合金。 本發(fā)明提出了一個新的細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，通過攪拌摩擦加工工具所產(chǎn)生的劇烈塑性變形和材料混合，不僅明顯細化基體晶粒，而且使粗大且不均勻分布的耐熱相粒子破碎并均勻分布于基體中或者使其固溶入基體，形成典型的細晶超塑性結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的擠壓、軋制和強塑性變形工藝(等通道角擠壓和高壓扭轉(zhuǎn))相比，攪拌摩擦加工不僅工藝簡單，而且第二相更加細小、分布更加均勻，使鎂合金的熱穩(wěn)定性進一步提高。不僅可改善超塑性性能，而且可以提高超塑性成型速率。因此，這種新的細晶超塑性耐熱鎂合金制備工藝將有著廣闊的工業(yè)應用前景。
具體實施方式
實施例1 使用6毫米厚的Mg-6Zn-lY-0. 5Zr擠壓板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的加工參數(shù)下，獲得晶粒尺寸5微米、W相(Mg3Zn3Y2)粒子細小、均勻分布的細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-45(TC的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在45(TC、3X10—3s—1的較高應變速率下取得640%的最大超塑性。
比較例1 上述未進行攪拌摩擦加工的Mg-6Zn-lY-0. 5Zr擠壓板材，晶粒尺寸大約15微米，W相(Mg3Zn3Y2)粒子粗大、且分布不均勻。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是280%，在45(TC和3X 10—4s—1的低應變速率下取得。
實施例2 使用6毫米厚的Mg-10Gd-3Y-0. 5Zr鑄態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸4. 5微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-450°C的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在425t:和3X 10—3s—1的較高應變速率下取得550%的最大超塑性。
比較例2 Mg-10Gd-3Y-0. 5Zr鑄態(tài)板材的晶粒尺寸4. 5微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是270 % ，在425°C和3 X 10—、一1的低應變速率下取得。 實施例3 使用6毫米厚的Mg-4Zn-0. 7Y鑄造板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度200毫米/分鐘的加工參數(shù)下，獲得晶粒尺寸4微米、I相(Mg3Zn6Y)粒子細小、均勻分布的細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在35(TC、3X10—3s—1的較高應變速率下取得650%的最大超塑性。
比較例3Mg-4Zn-0. 7Y鑄錠進行8道次等通道角擠壓加工，晶粒尺寸大約3. 5微米，I相(Mg3Zn6Y)粒子細小但呈方向性分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是600^，在35(TC和1X10—V—1的低應變速率下取得。
實施例4 使用8毫米厚的Mg-6Zn-0. 6Y-0. 5Zr軋制板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速2500轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度400毫米/分鐘的加工參數(shù)下，獲得晶粒尺寸3微米、I相(Mg3Zn6Y)和W相(Mg3Zn3Y2)粒子細小、均勻分布的細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在40(TC、3X 10—3s—1的較高應變速率下取得800%的最大超塑性。
比較例4 上述未進行攪拌摩擦加工的Mg-6Zn-0. 6Y_0. 5Zr軋制板材，晶粒尺寸大約10微米，I相(Mg3Zn6Y)和W相(Mg3Zn3Y2)粒子比較粗大、分布不均勻。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是400%，在40(TC和IX 10—4s—1的低應變速率下取得。
實施例5 使用6毫米厚的Mg-10Gd-5Y-0. 5Zr鑄態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸9. 5微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-450°C的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在425t:和3X 10—4s—1的應變速率下取得600%的最大超塑性。
比較例5 Mg-10Gd-5Y-0. 5Zr鑄態(tài)板材的晶粒尺寸20. 5微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是240X，在425t:和1X10—4s—1的低應變速率下取得。 實施例6 使用6毫米厚的Mg-lCa-lZn鑄態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸6. 5微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-450°C的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在425t:和3 X 10—4s—1的應變速率下取得650%的最大超塑性。
比較例6 Mg-lCa-lZn鑄態(tài)板材的晶粒尺寸12微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是205X，在425t:和1X10—、一1的低應變速率下取得。
實施例7 使用6毫米厚的Mg-3Y-2Nd-lZn-lMn鑄態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸5. 8微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-45(TC的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在415t:和3X 10—3s—1的較高應變速率下取得590%的最大超塑性。
比較例7 Mg-3Y-2Nd-lZn-lMn鑄態(tài)板材的晶粒尺寸19微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是210X，在425t:和3X10—4s—工的低應變速率下取得。 實施例8 使用6毫米厚的Mg-3Nd-0. 2Zn-0. 4Zr鍛造態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸4. 8微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-45(TC的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在435°C和3X 10—3s—1的較高應變速率下取得650%的最大超塑性。
比較例8
5
Mg-3Nd-0. 2Zn-0. 4Zr鍛造態(tài)板材的晶粒尺寸19微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是210X，在425t:和3X10—4s—^勺低應變速率下取得。 實施例9 使用6毫米厚的Mg-12Dy-3Nd-0. 4Zr擠壓態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸6. 4微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-45(TC的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在425°C和3X 10—3s—1的較高應變速率下取得610%的最大超塑性。
比較例9 Mg-3Nd-0. 2Zn_0. 4Zr鍛造態(tài)板材的晶粒尺寸18微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是190%，在425t:和3X 10—4s—1的低應變速率下取得。 實施例10 使用6毫米厚的Mg-4Y-4Sm-0. 5Zr鑄造態(tài)板材進行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度100毫米/分鐘的參數(shù)下，獲得晶粒尺寸4. 5微米的均勻細晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗顯示，在400-45(TC的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在440°C和3X 10—3s—1的較高應變速率下取得670%的最大超塑性。
比較例10 Mg-4Y-4Sm-0. 5Zr鑄態(tài)板材的晶粒尺寸21微米，粗大第二相粒子在晶間不均勻分布。超塑性拉伸試驗顯示，最大超塑性是170%，在4251:和1X10—、一1的低應變速率下取得。
權(quán)利要求
一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于對于含有粗大且不均勻分布第二相的耐熱鎂合金進行攪拌摩擦加工。
2. 按照權(quán)利要求1所述細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于攪拌摩擦加工工藝參數(shù)為加工工具轉(zhuǎn)速300-4000轉(zhuǎn)/分鐘、行進速度25-1000毫米/分鐘，加工道次1_5次。
3. 按照權(quán)利要求1所述細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于所述耐熱鎂合金為含有元素釔(Y)、釹(Nd)、禮(Gd)、鏑(Dy)、釤(Sm)、及鈣(Ca)的鎂合金。
4. 按照權(quán)利要求1所述細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于所述的耐熱鎂合金，耐熱鎂合金除了含常見的合金元素Al、 Zn以外，還添加1種以上的其它合金元素，所添加的元素可以與Mg、 Al 、 Zn或所添加的其它合金元素形成化合物，這些化合物可以形成細小彌散的質(zhì)點對鎂合金進行強化。
5. 按照權(quán)利要求3所述細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于所述的耐熱鎂合金，所含合金元素含量略大于與Mg組成二元體系時的最大固溶含量值；Y含量為0-16wt. %， Nd含量為0-8wt. %， Gd含量為0_24wt. %， Dy含量為0_12wt. %， Sm含量為0-6wt. % ， Ca含量為0-4wt. % 。
全文摘要
一種細晶超塑性耐熱鎂合金制備方法，其特征在于采用攪拌摩擦加工技術(shù)對含有粗大且不均勻分布第二相的耐熱鎂合金進行加工，在細化鎂基體晶粒的同時，破碎耐熱相并使其在基體中均勻分布，形成細晶超塑性結(jié)構(gòu)。
文檔編號C22F1/06GK101760710SQ20081023008
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者肖伯律, 謝廣明, 馬宗義 申請人:中國科學院金屬研究所