[发明专利]一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金及其制备方法，该该方法包括如下步骤：A、将Mg‑Y‑Zn合金铸锭切割成直径为10～14 mm的棒状试样，置于带内径为15mm圆柱形空腔的模具中，通过压头对试样进行热压缩，获得18R长周期相发生不同程度扭折的合金棒；B、将上述合金棒进行多道次热拉拔加工，获得18R长周期相细化和分散的高强韧镁合金。本发明利用热压缩实现了18R长周期相的预扭折，并通过控制压缩率实现扭折带密度和程度的控制，再并利用后续大应变多道次热拉拔使长周期相从扭折带断裂细化，获得了18R长周期相细化及尺寸可控，显著提高了合金的强度和塑性。

技术领域

本发明属于镁合金加工技术领域，涉及一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金及其制备方法，具体涉及一种采用热压缩和后续热拉拔加工制备可控长周期相尺寸的高强韧镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的导热和导电性能、丰富的资源储量等一系列优点，被称为21世纪绿色工程材料。在航空航天、国防工业、汽车及新能源汽车、电子产品等领域，轻量化的需求日益增加，镁合金替代铝合金甚至部分钢铁材料已是大势所趋。然而，与铝合金材料相比，镁合金的绝对强度仍然偏低。近二十年来，围绕合金化和加工工艺研究，人们开发了一系列高强韧镁合金，其中，长周期堆垛有序结构相（简称长周期相）增强的镁稀土合金是最具应用潜力的合金系之一。

长周期相最早在Mg-Y-Zn合金系列中被发现。根据长周期相堆垛次序的不同，该合金系中的长周期相主要是有两种结构，分别是18R结构和14H结构。其中18R结构分布在晶界处，呈网状（铸态合金中）或块状（变形态合金中），14H结构分布在晶粒内部，呈相互平行的层片状。根据加工手段和热处理条件的不同，这两种长周期相之间会发生相互转变。通常来说，18R长周期相的强化效果优于14H长周期相。目前，通过热挤压、热轧制以及等通道转角挤压等剧烈塑性加工技术制备了一系列Mg-Y-Zn变形合金，抗拉强度可以达到350 MPa以上。

虽然当前通过常规手段开发的Mg-Y-Zn变形镁合金的强度较高，但与采用快速凝固粉末冶金（RS/PM）的制备方法获得的长周期相增强的超高强度Mg₉₇Y₂Zn₁（at%）合金（室温拉伸屈服强度达到610 MPa，Y. Kawamura, et al. Materials Transactions, 42(2001)1172-1176）相比，仍存在不少差距，这表明常规塑性加工的手段尚未充分发挥长周期相对合金的强化作用。通过对两类合金的微观结构对比可以发现，RS/PM镁合金中的晶粒尺寸为100～200 nm，18R长周期相的颗粒尺寸也是200 nm左右；而采用传统塑性加工制备的Mg-Y-Zn合金中，18R长周期相颗粒的长度远大于20 μm，这表明利用长周期相的细化可以提高合金的强度。然而，由于18R长周期相具有良好的塑性，在塑性加工时可产生扭折变形，因此在变形态合金中的长周期相往往呈扭曲的带状或板条状，即使采用细化效果显著的剧烈塑性加工技术也难以获得均匀细化的18R长周期相。通过上述分析可知，开发能够实现长周期相的细化技术是该类合金系性能提高的关键。

因此，为了实现利用18R长周期相的超细化来显著提高Mg-Y-Zn合金的高强韧性，同时简便有效地通过调节长周期相的尺寸来调控合金的力学性能，本发明提出了一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：一种可控长周期相尺寸的高强韧镁合金的制备方法，该方法包括如下步骤：

A、将Mg-Y-Zn合金铸锭切割成直径为10～14 mm的棒状试样，置于带内径为15mm圆柱形空腔的模具中，通过压头对试样进行热压缩，热压缩的温度为400～450℃，压缩率为10%～50%，获得18R长周期相发生不同程度扭折的合金棒；