一種雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二十面體準(zhǔn)晶相及長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的制備方法。本發(fā)明合金中化學(xué)元素質(zhì)量百分比：Zn、Y總量為10wt%，余量為Mg。其中Zn以純Zn加入，Y以Mg-25wt.%Y中間合金形式加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。本發(fā)明的鎂合金經(jīng)過熔煉、金屬型成型和固溶、分級(jí)時(shí)效處理得到的合金組織為α-Mg固溶體、二十面體準(zhǔn)晶相及長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)相。彌散析出的準(zhǔn)晶依靠對(duì)位錯(cuò)的強(qiáng)釘扎和與基體形成牢固的界面，可顯著增強(qiáng)鎂合金;長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格，具有很高的熱穩(wěn)定性，不易粗化，它也可顯著阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和形變孿晶的擴(kuò)展，并使合金的力學(xué)性能明顯提高,其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到352MPa，其延伸率可達(dá)到7.5%。本發(fā)明有利于推進(jìn)高強(qiáng)度鎂合金在汽車、航空、電子通信等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
【專利說明】—種雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高強(qiáng)度鎂合金材料及制備技術(shù)，特別是一種雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)鎂合金的制備方法，屬于高強(qiáng)鎂合金加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]鎂合金是目前工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，被譽(yù)為21世紀(jì)最具潛力的綠色環(huán)保材料。近年來隨著飛船、飛機(jī)、導(dǎo)彈、汽車、計(jì)算機(jī)、通信產(chǎn)品、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)輕質(zhì)鎂合金提出了更高的要求，進(jìn)而迫使人們?cè)诤辖鹪O(shè)計(jì)、先進(jìn)加工上尋找新的技術(shù)突破。Mg-Zn-Y系中存在準(zhǔn)晶和長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)兩種特殊結(jié)構(gòu)相，其中準(zhǔn)晶相依靠其自身的硬度和對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用，對(duì)合金有顯著的強(qiáng)化作用，而長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格，具有很高的熱穩(wěn)定性，不易粗化，可顯著阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和形變孿晶的擴(kuò)展，并使合金的力學(xué)性能明顯提高，然而受限于兩種特殊結(jié)構(gòu)相對(duì)合金成分的苛刻要求和鑄態(tài)下尺寸粗大問題，采用普通鑄造方法難以充分發(fā)揮準(zhǔn)晶及長周期結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化優(yōu)勢。因此，研制一種新型高強(qiáng)度鎂合制備方法是非常迫切的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要是針對(duì)以上不足，提供一種雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)高強(qiáng)度鎂合金的制備方法。本專利采用常規(guī)鑄造、固溶及分級(jí)時(shí)效熱處理工藝制備準(zhǔn)晶和長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)復(fù)合強(qiáng)化Mg-Zn-Y 合金的方法，獲得雙特殊結(jié)構(gòu)相共存以提高合金強(qiáng)度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
(I)選擇Mg-Zn-Y合金,該合金中化學(xué)元素質(zhì)量百分比:Zn、Y總量為10wt%,余量為Mg,且Zn與Y質(zhì)量比介于0.5^1.5之間，這樣可以保證鑄態(tài)組織中獲得準(zhǔn)晶與長周期相。
[0006](2)首先用普通鑄造方法制備鎂合金試樣。在井式爐中制備鎂合金，溫度為720V時(shí)放入鎂合金，待溶化，加入純Zn、Mg-25wt.%Y中間合金，制備期間通入C02+0.5vol%SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)。
[0007](3)合金熱處理工藝。將試樣置于溫度為43(T520° C的普通箱式電阻爐進(jìn)行固溶處理，保溫10-12小時(shí)后迅速轉(zhuǎn)移至水槽進(jìn)行水淬，試樣在28(T300°C下進(jìn)行10-15小時(shí)的一級(jí)時(shí)效，接著在20(T250°C下進(jìn)行8~10小時(shí)的二級(jí)時(shí)效處理。
[0008]在Mg-Zn-Y三元合金系中，存在準(zhǔn)晶與長周期的兩相共存區(qū)。通過常規(guī)鑄造的準(zhǔn)晶增強(qiáng)高性能Mg-Zn-Y系鎂合金，其次通過固溶及分級(jí)時(shí)效熱處理方法制備出同時(shí)含準(zhǔn)晶和長條狀長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的Mg-Zn-Y合金并且相應(yīng)減少了 W (Mg3Zn3Y2)相產(chǎn)生的危害。
[0009]雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y系合金的高強(qiáng)度主要來源于兩方面，一方面準(zhǔn)晶通過形成穩(wěn)定的準(zhǔn)晶鎂基體界面和對(duì)位錯(cuò)的強(qiáng)釘扎來實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)化；另一方面通過長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格，具有很高的熱穩(wěn)定性，不易粗化，它可顯著阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和形變孿晶的擴(kuò)展，并使合金的力學(xué)性能明顯提高。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施實(shí)例I
本實(shí)施實(shí)例是一種高強(qiáng)Mg-Zn-Y合金，其成為為Zn、Y總量為10wt%，Zn與Y原子質(zhì)量比例為0.5，其中Zn以工業(yè)用Zn加入，Y以Mg_25wt.%Y中間合金加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。
[0011]本實(shí)施例的具體制備方法為:
第一步，將坩堝加熱到720°C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內(nèi)并開始通入C02+0.5vol%SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)；待純鎂完全熔化后加入Zn，Mg-25wt.%Y中間合金。Mg_25wt.%Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動(dòng)，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地?cái)U(kuò)散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩；待中間合金、純Zn完全熔化，靜置20~30分鐘澆入空冷金屬型成型。合金的整個(gè)熔煉澆注過程均在C02+0.5vol%SF6混合氣體保護(hù)下進(jìn)行；
第二步，合金熱處理。將試樣置于溫度為430° C的普通箱式電阻爐進(jìn)行固溶處理，保溫10小時(shí)，后迅速轉(zhuǎn)移至水槽進(jìn)行水淬，試樣在280°C下進(jìn)行15小時(shí)的一級(jí)時(shí)效處理，接著在220°C下進(jìn)行10小時(shí)的二級(jí)時(shí)效處理。分級(jí)時(shí)效后得到了近似球狀細(xì)小尺寸的準(zhǔn)晶和析出第二相即長條狀的長周期相，可以起到強(qiáng)化作用。合金時(shí)效組織為a-Mg固溶體，其內(nèi)部分布著細(xì)小1-Phase，且準(zhǔn)晶形態(tài)近似球狀，長條狀長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格。通過合理的熱處理工藝得到的鎂合金含有雙相增強(qiáng)相即準(zhǔn)晶及長周期特殊結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力比常規(guī)鑄造只含有單相的鎂合金的應(yīng)力更高，其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到332MPa，其延伸率可達(dá)到6.5%。
[0012]實(shí)施實(shí)例2
本實(shí)施實(shí)例是一種高強(qiáng)Mg-Zn-Y合金，其成為為Zn、Y總量為10wt%，Zn與Y原子質(zhì)量比例為1，其中Zn以工業(yè)用Zn加入，Y以Mg_25wt.%Y中間合金加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。
[0013]本實(shí)施例的具體制備方法為:
第一步，將坩堝加熱到720°C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內(nèi)并開始通入C02+0.5vol%SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)；待純鎂完全熔化后加入Zn，Mg-25wt.%Y中間合金。Mg_25wt.%Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動(dòng)，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地?cái)U(kuò)散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩；待中間合金、純Zn完全熔化；靜置20~30分鐘澆入空冷金屬型成型。合金的整個(gè)熔煉澆注過程均在C02+0.5vol%SF6混合氣體保護(hù)下進(jìn)行；
第二步，合金熱處理。將試樣置于溫度為500° C的普通箱式電阻爐進(jìn)行固溶處理，保溫10小時(shí)后迅速轉(zhuǎn)移至水槽進(jìn)行水淬，試樣在300°C下進(jìn)行10小時(shí)的一級(jí)時(shí)效處理，接著在200°C下進(jìn)行8小時(shí)的二級(jí)時(shí)效處理。分級(jí)時(shí)效后得到了近似球狀細(xì)小尺寸的準(zhǔn)晶和析出第二相即長條狀的長周期相，可以起到強(qiáng)化作用。合金時(shí)效組織為a-Mg固溶體，其內(nèi)部分布著細(xì)小1-Phase，且準(zhǔn)晶形態(tài)近似球狀，長條狀長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格。通過合理的熱處理工藝得到的鎂合金含有雙相增強(qiáng)相即準(zhǔn)晶及長周期特殊結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力比常規(guī)鑄造只含有單相的鎂合金的應(yīng)力更高。其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到346MPa，其延伸率可達(dá)到7.2%。
[0014]實(shí)施實(shí)例3
本實(shí)施實(shí)例是一種高強(qiáng)Mg-Zn-Y合金，其成份為Zn、Y總量為10wt%，Zn與Y原子質(zhì)量比例為0.5，其中Zn以工業(yè)用Zn加入，Y以Mg_25wt.%Y中間合金加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。
[0015]本實(shí)施例的具體制備方法為:
第一步，將坩堝加熱到720°C，將工業(yè)純Mg加入到坩堝內(nèi)并開始通入C02+0.5vol%SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)；待純鎂完全熔化后，加入Zn，Mg-25wt.%Y中間合金，Mg-25wt.%Y中間合金加入方式為用鐵制鐘罩壓入合金熔體中，并輕微地向四周游動(dòng)，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地?cái)U(kuò)散到熔液中。純Zn用鐘罩壓入合金熔體底部后便可取出鐘罩；待中間合金、純Zn完全熔化；靜置20~30分鐘澆入空冷金屬型成型。合金的整個(gè)熔煉澆注過程均在C02+0.5vol%SF6混合氣體保護(hù)下進(jìn)行。
[0016]第二步，合金熱處理。將試樣置于溫度為520° C的普通箱式電阻爐進(jìn)行固溶處理，保溫12小時(shí)后迅速轉(zhuǎn)移至水槽進(jìn)行水淬，試樣在300°C下進(jìn)行15小時(shí)的一級(jí)時(shí)效處理，接著在250°C下進(jìn)行10小時(shí)的二級(jí)時(shí)效處理。分級(jí)時(shí)效后得到了近似球狀細(xì)小尺寸的準(zhǔn)晶和析出第二相即長條狀的長周期相，可以起到強(qiáng)化作用。合金時(shí)效組織為a-Mg固溶體，其內(nèi)部分布著細(xì)小1-Phase，且準(zhǔn)晶形態(tài)近似球狀，長條狀長周期結(jié)構(gòu)與基體界面共格。通過合理的熱處理工藝得到的鎂合金含有雙相增強(qiáng)相即準(zhǔn)晶及長周期特殊結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力比常規(guī)鑄造只含有單相的 鎂合金的應(yīng)力更高，其抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到352MPa，其延伸率可達(dá)到
7.5%。
【權(quán)利要求】
1.一種雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的制備方法，其特征在于: 選擇Mg-Zn-Y合金,該合金中化學(xué)元素質(zhì)量百分比:Zn、Y總量為10wt%,余量為Mg,且Zn與Y原子質(zhì)量比介于0.5~1.5之間，其中Zn以純Zn加入，Y以Mg_25wt.%Y中間合金形式加入，Mg則采用工業(yè)純鎂。
2.一種如權(quán)利要求1所述雙特殊結(jié)構(gòu)相復(fù)合增強(qiáng)Mg-Zn-Y合金的制備方法，其特征在于:合金要經(jīng)過熔煉、金屬型成型和固溶、分級(jí)時(shí)效處理。
3.一種制備如權(quán)利要求2所述的固溶、分級(jí)時(shí)效處理方法，其特征在于:固溶溫度為430~520° C，固溶時(shí)間為10-12小時(shí)，然后試樣在28(T300°C下進(jìn)行10-?5小時(shí)的一級(jí)時(shí)效處理，接著在20(T25 0°C下進(jìn)行8~10小時(shí)的二級(jí)時(shí)效處理。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK103993213SQ201410227314
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】萬迪慶, 劉雅娟, 袁艷平, 于田 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)