[发明专利]具有LPSO结构的铸态Mg-Gd-Zn(-Zr)合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种具有LPSO结构的铸态Mg-Gd-Zn(-Zr)合金的制备方法。

背景技术

镁合金由于其密度低、比性能好、减震性能好、导电导热性能良好在航空、航天、运输、化工、电子等工业部门得到广泛的应用。但是镁合金强韧性差等也制约着镁合金的发展。近年来，基于RE元素优异的时效硬化效应，人们开发Mg-RE镁合金的兴趣日益浓厚，多种以RE为主加元素的新型镁合金先后被开发出来，如Mg-Y系的WE54、WE43合金等。由于Gd(4.53％(at％)/23.49％(wt％)比Y(3.75％(at％)/12.47％(wt％)具有更大的最大固溶度，并且其固溶度随温度的降低呈指数显著减小(在200℃时，固溶度降到0.61％(at％)/3.82％(wt％))，这表明Mg-Gd是典型的可以通过完全热处理实现沉淀强化的镁合金系。此外，在稳定蠕变速度下，二元Mg-Gd合金还具有比WE43、QE22更好的抗蠕变性，因此在所有以RE为主加元素的镁合金中，Gd由于比Y具有更突出的固溶强化和时效强化效果而备受瞩目。

在Mg-RE合金中加入廉价的Zn或Cu，不仅对调控该合金系的时效析出组织有较为显著的作用，而且近年来镁合金研究的另一个重要发现是：在适当的加入量及工艺条件下，在Mg-RE合金系中会形成一种新型的长周期堆垛有序结构-LPSO结构。LPSO结构是近年来学术界的一个研究热点，研究者认为此结构可以进一步提高合金的强度和塑性，其作用和机制日益受到研究者的重视，这为Mg-RE合金系的强韧化提供了一条新的思路，打开了想象的空间，从而进一步提高合金的室温和高温拉伸性能、抗蠕变性能等。申请人在已发表文献([1]WuY.J.，Zeng X.Q.，Lin D.L.，Peng L.M.，Ding w.J.，The microstructure evolution with lamellar 14H-type LPSO structure in an Mg_96.5Gd_2.5Zn₁ alloy during solid solution heat treatment at 773K，J.Alloys Compd.，2009，447：193-197.[2]Wu Y.J.，Lin D.L.，Zeng X.Q.，Peng L.M.，Ding W.J.Formation of a lamellar 14H-type long period stacking ordered structure in an as-cast Mg-Gd-Zn-Zr alloy，J.Mater.Sci.，2009.44：1607-1612.[3]Wu Y.J.，Peng L.M.*，Lin D.L.，et al.，A high-strength extruded Mg-Gd-Zn-Zr alloy with superplasticity，J.Mater.Res.，2009，24(12)：3596-3602.Ding W.J.[4]WuY.J.，Peng L. M.，et al，Formation of 14H-type long period stacking ordered structure in the as-cast and solid-solution-treated Mg-Gd-Zn-Zr alloys，J.Mater.Res.，2009，24(5)：1842-1854.)中报道：发现Mg-Gd-Zn(-Zr)合金铸态时形成晶内LPSO结构，固溶处理后晶界处形成具有LPSO结构的X相。Matsuda M等在文献([5]Matsuda M，Ii S，Kawamura Y，et al.Interaction between long period stacking order phase and deformation twin in rapidly solidified Mg₉₇Zn₁Y₂alloy[J].Materials Science and Engineering：A，2004，386(1)：447-452.[6]Matsuda M，Ando S，Nishida M.Dislocation structure in rapidly solidified Mg₉₇Zn₁Y₂alloy with long period stacking order phase[J].Materials transactions，2005，46(2)：361-364.)中研究报道：X相与基体为完全共格关系，所以协调基体变形的能力很强，塑性较好，可以随着基体的弯曲变形而协调发生大角度的弯曲变形，其可以通过协调基体的塑性变形进而来改善合金的强度和塑性。已公开的镁合金材和发动机零件(公开号CN102747261)在热处理之后制备出LPSO结构，但是该方法生产周期长；镁合金材料及其制备方法专利(公开号CN101802235A/公开号CN101622366A)铸态时合金结构中不含X相，不能更好地实现晶界X相和晶内LPSO结构共存时对铸态合金的室温下强度和塑性的提高。