一種高強度Mg-Y-Ni-Mn合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種變形儀合金及其制造方法，特別是一種高強度Mg-Y-Ni-Mn合金， 所述合金是一種四元儀合金，包括Mg、Y、Ni和Μη四種合金元素，所述高強度是指材料能夠達 到的抗拉強度>510MPa。
【背景技術(shù)】
[0002] 儀的彈性模量比較小，在受力作用下能產(chǎn)生較大的變形，因而儀合金在沖擊載荷 作用下，能吸收較大的沖擊能，可制造承受沖擊的零件。儀及其合金作為最輕的常用金屬結(jié) 構(gòu)材料，已受到人們越來越多的關(guān)注，并已在國防軍工、航空航天、高速軌道交通、電子通訊 等領(lǐng)域得到了一定程度的應(yīng)用。但是，由于儀合金強度低，還難W大量應(yīng)用于承載結(jié)構(gòu)件， 尤其是變形儀合金的應(yīng)用量仍遠遠落后于鋼鐵和侶合金，其室溫力學(xué)性能明顯不足，已經(jīng) 嚴重的制約了其進一步的應(yīng)用。
[0003] CN201310250222.4公開了 "一種高強儀合金及其制備方法"其各組成成份的質(zhì)量 百分含量分別是：Cd: 1.0~15.0%，Bi: 2.0~10.0%,化：5.0~13.0%,Y:7.0~15.0%,化:0.4 ~1.0%，抓:0.1~5.0%，雜質(zhì)元素51少6、加和化的總量小于0.02%，余量為1旨。^〔(1、81、化、 Y、師和化多種元素復(fù)合達到強化效果，其獲得的最好力學(xué)性能是1旨-1.0〔(1-2.081-7.0211- 15.0Y-0.8Zr-l. 2抓鑄造合金雙級時效態(tài)在室溫下的抗拉強度450MPa，屈服強度380MPa，伸 長率10%。但是，其所使用的Cd毒性較大，對人體危害嚴重。而且，鑄造采用低頻電磁油滑半 連續(xù)鑄造方法，需嚴格控制電磁場頻率、磁場強度、鑄造速度、冷卻水量等工藝參數(shù)，烙煉過 程中還大量使用覆蓋劑和精煉劑。由于配方復(fù)雜，元素使用繁多，增加了制備難度，限制了 其使用性能和應(yīng)用范圍，更增加了合金成本。
[0004] CN201010219696.9公開了 "一種強力變形制備超高強儀合金棒材的方法"，該儀合 金的成份含量為:Gd: 6~13%，Υ: 2~6%，Zr :0.3~0.8%，其余為Mg及不可去除的雜質(zhì)元 素。該專利合金鑄造態(tài)經(jīng)巧料預(yù)變形成棒材，再利用快速強力變形配合等溫時效方法制備， 室溫最好力學(xué)性能數(shù)據(jù)是抗拉強度615MPa，但是延伸率僅有1.1%。該發(fā)明設(shè)及預(yù)變性和強 力快速壓縮變形，會增加合金制備難度，并且該合金延伸率較低。
[000引因此，選擇在儀中添加合金元素得到一種多元化儀合金體系，采用常規(guī)設(shè)備獲得 其鑄態(tài)合金并將鑄態(tài)合金加工成擠壓態(tài)合金，并對擠壓態(tài)合金進行適當(dāng)熱處理，利用復(fù)合 強化手段來提高儀合金的強度，改善儀合金的綜合力學(xué)性能和使用性能，拓展其應(yīng)用范圍， 成為本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是如何改善儀合金強 度，提供一種高強度Mg-Y-Ni-Mn合金，實現(xiàn)工藝簡單，操作容易和降低成本的目的。
[0007] 實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種高強度Mg-Y-Ni-Mn合金;其特征在 于，所述儀合金主要由Mg、Y、化和Μη組成，各組成成分質(zhì)量百分含量為:Υ=5.0~12.5，Ni = 2.5~6. ο，Mn=0.4~1.0%，余量為儀和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 所述合金制備方法包括如下步驟： (1) 按照上述組分計算需要原料的重量，原料采用工業(yè)純儀、Y-Ni中間合金、Mg-Mn中間 合金;采用真空烙煉、誘鑄得到合金鑄錠； (2) 對步驟（1)獲得的合金鑄錠進行均勻化退火處理，其工藝參數(shù)為:將鑄錠入爐升溫 至540°C后，待鑄錠熱透后隨即停爐降溫至450°C，待鑄錠表里溫度一致后再次進行升溫至 540°C和降溫至450°C，如此經(jīng)過Ξ次循環(huán)退火后;再將制好的巧料進行擠壓得到擠壓態(tài)合 金，其中采用的工藝參數(shù)為:擠壓溫度400°C±10°C，擠壓比為11，在擠壓機上進行擠壓，擠 壓速度恒定； (3) 對步驟(2)經(jīng)變形加工后的擠壓態(tài)合金進行人工時效處理，其工藝參數(shù)為:先進行 時效溫度180°C，保溫時間25小時的一級時效處理，隨即進行時效溫度220°C，保溫時間10小 時的二級時效處理，而后空冷，制得高強度儀合金材料。
[0009] 進一步，步驟（1)中，所述真空烙煉和誘鑄為將原料加入相蝸并通入氣氣進行保 護，在真空冶煉爐中烙煉;在850°C保溫并電磁感應(yīng)攬拌使原料充分烙化，待合金全部烙化 后繼續(xù)在850°C靜置保溫10分鐘。
[0010] 優(yōu)選配方為：所述儀合金各組成成分質(zhì)量百分含量為：Y-10.3%，Ni-4.4%，Mn- 0.45%，雜質(zhì)的總含量< 0.1 %;余量為儀。
[00川本發(fā)明不可避免的雜質(zhì)為Si爪，其總量<0.1%。
[0012] 本發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗研究后認為:Mg、Y和Μ能夠在儀合金中形成長周期相， 運些長周期相作為儀基體中新的硬質(zhì)相，可起到顯著的彌散強化效果，通過工藝控制使Μη 元素進一步彌散分布細化晶粒，再通過擠壓變形和時效處理增強強化效果，兼顧了固溶強 化、形變強化和彌散強化機制，從而能夠改善儀合金的室溫力學(xué)性能。
[0013] 所述高強度Mg-Y-Ni-Mn合金不是粉末冶金，而是通過烙煉誘鑄得到鑄態(tài)合金后擠 壓加工，再對擠壓態(tài)合金進行時效熱處理得到最終合金。
[0014] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果： 1、本發(fā)明提出在Mg-Y-Ni-Mn合金中使Mg、Y和Ni形成大量長周期相，運些長周期相作為 儀基體中新的硬質(zhì)相，可起到顯著的彌散強化效果，通過工藝控制使Μη元素進一步彌散分 布細化晶粒，再通過擠壓變形和時效處理增強強化效果，該工藝是固溶強化、形變強化和彌 散強化于一體的高強變形儀合金的制備方法。
[0015] 僅W如下高強度Mg-Y-Ni-Mn合金為例，其具有較高的力學(xué)性能，其中時效態(tài)γ? ιο . 2wt%，Ni -4 . 4wt%， Μη -0 . 45%; 余量為 Mg 和少量的 雜質(zhì)； 該合金的室溫抗拉強度為 SlOMPa，屈服強度為384M化，延伸率為4.7%;其強度與目前常用的變形儀合金AZ91、ΖΚ60相 比顯著提高。
[0016] 所述高強度Mg-Y-Ni-Mn合金不是粉末冶金，而是通過烙煉誘鑄得到鑄態(tài)合金后擠 壓加工，再對擠壓態(tài)合金進行適當(dāng)熱處理后得到的合金。
[0017] 2、本發(fā)明中稀±金屬的加入引入了 LPS0相，能夠顯著提高儀合金的室溫強初性， 合金元素配方簡單，未使用重稀±元素，降低了合金成本，為儀合金應(yīng)用領(lǐng)域的擴大創(chuàng)造了 條件。循環(huán)退火通過反復(fù)加熱與冷卻，大大縮短了周期，由傳統(tǒng)工藝的10~20小時W上縮短 到2~4小時。另外雙級時效保證了強化相的密度，從而提高強度。既節(jié)省了能源，又提高了生 產(chǎn)率，對大批量生產(chǎn)可w實現(xiàn)機械化和自動化。
[0018] 3、本發(fā)明工藝簡單，所用設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備，可移植性強，且容易操作，成本低 廉，明顯提高了合金的室溫抗拉強度和屈服強度，解決了 Mg合金由于力學(xué)性能低而限制其 應(yīng)用的難題，擴大了儀合金的應(yīng)用范圍。
[0019]
【具體實施方式】： 本發(fā)明高強度Mg-Y-Ni-Mn合金是一種四元儀合金，包括Mg、Y、Μ和Μη四種合金元素，所 述高強度是指材料能夠達到的抗拉強度> SlOMPa。
[0020] 本發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗研究后認為:Mg、Y和Ni能夠在儀合金中形成長周期相， 運些長周期相作為儀基體中新的硬質(zhì)相，可起到顯著的彌散強化效果，通過工藝控制使Μη 元素進一步彌散分布細化晶