[发明专利]一种提高Mg‑Zn‑Y合金的阻尼与力学性能的方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。

日本学者在“Plastic Deformation Behavior of Mg97Zn1Y2 Extruded Alloys”一文提到：在镁合金中，长周期堆垛有序 (LPSO)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究兴趣，使含LPSO相镁合金成为近年来学术界的一个研究热点。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LPSO相镁合金的阻尼与力学性能，目前尚未有研究。

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

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LPSO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。

    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LPSO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℃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℃，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℃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℃进行轧制，单道次3~8%变形量，累计变形量40~60%。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、长周期堆垛（LPSO）相是镁合金中的有效强化相，本发明对具有LPSO相的Mg-Zn-Y合金进行研究，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LPSO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LPSO相组织转变为杆状形貌LPSO相，这种杆状LPSO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。

    2、本发明采用挤压变形后的高温热处理实现LPSO相的调控，有效解决了Mg-Zn-Y合金中LPSO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究，通过微观形貌控制及塑性变形工艺，发现当采用挤压工艺—热处理形貌控制工艺—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。