[发明专利]一种提高含LPSO结构相的Mg‑RE‑Zn系合金室温塑性的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料热处理和相变领域，具体涉及一种提高含长周期有序结构相(简称LPSO结构相)的Mg-RE-Zn合金室温塑性的方法。

背景技术

Mg-RE系合金因具有优异的室温及高温力学性能，较高的高温蠕变抗力及良好的耐蚀性，因而Mg-RE系合金的研究和应用越来越广泛。

最近，科学研究发现，Mg-RE-TM(TM＝Zn,Cu,Ni,Co；RE＝Y,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Tb)和Mg-Al-Gd合金中存在一种长周期有序堆垛(LPSO)结构相，LPSO结构相既是一种长周期结构有序相而且也是一种化学有序相，含有LPSO结构相的Mg-RE-Zn合金具有较高的综合性能，目前，这类合金已经成为镁合金研究的热点之一。

镁合金在压力加工前通常要进行均匀化热处理，主要目的是消除晶界上共晶组织中的粗大共晶组织中的β相，因为这种相属于脆性相，在热加工过程中会引起变形开裂。含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金均匀化热处理后，共晶组织中的β相回溶后会在原始晶界处产生块状LPSO结构相，这种块状LPSO结构相的存在不能最大限度的提高Mg-RE-Zn系合金的塑性。

以Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金为对象，将Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金均匀化热处理后，会在晶界上出现块状形貌的14H型LPSO结构相，如图1所示。沿着<11-20>α方向的TEM分析可知：14H-LPSO结构相的原子堆垛方式为ABABABACBCBCBC，如图2所示，这种堆垛方式可以看做是由密排六方结构单元ABABAB、CBCBCBC和面心立方结构单元ABC复合而成，从而可将含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金的原子堆垛方式可以看做是由密排六方结构的原子堆垛方式…AB…和面心立方结构的原子堆垛方式…ABC…复合而成。根据位错理论可知：塑性变形过程中，密排六方结构的Mg晶体中基面滑移系是主要的变形机制，在面心立方结构的晶体中位错不但可以滑移，而且很容易进行交滑移，这是含有LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金具有高塑性的重要原因之一。

基于上述分析，可以认为含LPSO结构相的高塑性Mg-RE-Zn系合金的微观组织应具有以下两点：(1)面心立方结构单元所占比例高，这就要求LPSO结构相的体积分数尽可能高。通常的做法就是增加Zn含量或者改变LPSO结构相的类型。虽然增加Zn含量可以使LPSO结构相的体积分数升高，但同时也使RE元素的消耗量增加，进一步降低合金的沉淀强化效果。改变相的类型就是把周期性长的LPSO结构相变为周期性短的LPSO结构相，例如把24R或者18R改变为14H或者10H，但相转变的热力学条件和动力学条件不易改变，相转变很难实现；(2)面心立方结构单元应该分散到α-Mg基体中，这就需要改变LPSO结构相的分布。

LPSO结构相的形貌可以分为晶界块状和晶内针状，晶界块状LPSO结构相的存在使面心立方单元过于聚集，而晶内针状LPSO结构相的存在使面心立方结构单元比较分散，因而针状LPSO结构相对于塑性的提高效果应该比块状LPSO结构相提高合金塑性的效果显著。

现有涉及调控镁合金中长周期有序结构相方法主要是在凝固过程中通过超声震动来改变晶界上块状LPSO相的形貌，例如申请号为201610846456.9的专利，这种效果十分有限，且并未涉及如何使凝固后微观组织内存在的块状LPSO结构相如何转变成针状LPSO结构相，进而提高合金塑性。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金室温塑性的方法，该方法能够将热处理后镁合金中块状LPSO结构相转变为针状LPSO结构相，进而提高合金塑性。

本发明提供了一种提高含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金室温塑性的方法，将铸态Mg-RE-Zn系合金在480±10℃×24h+500±5℃×32h的条件下进行双级均匀化热处理，随后合金随炉冷却至460～480℃下保温2h±10min，得到含针状LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金。

优选地，所述双级均匀化热处理条件为480℃×24h+500℃×32h。

进一步，所述合金随炉冷却的温度为480℃。

更进一步，合金随炉冷却后保温时间为2h。

在随炉冷却保温步骤后还设有热挤压步骤，热挤压步骤完成后立即淬火冷却，所述热挤压步骤具体为挤压前，将坯料加热至500℃，保温2～3h，挤压时，挤压速率为0.2～2mm/s，挤压比为16:1。