[发明专利]一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法，属于合金材料技术领域。本方法利用定向凝固技术，在温度梯度400K/cm和凝固速率70μm/s对Mg‑6.00～6.60Gd‑0.50～0.56Y wt.％合金进行定向凝固，制备了晶体生长取向为具有胞状亚结构一次臂间距约为120μm的柱状晶组织。本发明制备的定向凝固镁稀土合金的室温抗拉强度为102MPa，断后延伸率为35.66％。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法。

背景技术

Mg-Gd-Y合金由于Gd在镁中高达23.49wt.％(548℃)的平衡固溶度常被作为一种高强耐热镁合金应用于航空航天等领域。但作为金属结构材料，Mg-Gd-Y合金的强度有余但塑性不足。为提高镁合金塑性，人们在技术和理论方面进行了有意的研究与探索，主要集中在如下两个研究方向：1)激活能提供5个独立滑移系的c+a锥面滑移，如升高变形温度、添加稀土元素和Li，细化晶粒等。2)改变镁合金塑性成型路径，引入适当的剪切变形改变基面取向分布，提高塑性等，如ECAP的大塑性变形、异步轧制、反复叠轧等变形工艺。这些研究对象均为晶粒取向随机分布的多晶镁合金，依据多晶体形变特点，按照Taylor模型(全约束模型)，形变时晶界处约束条件为5个，即研究的基本出发点为需要5个独立滑移系才可协调这一复杂的边界条件。

柱状晶组织具有类似双晶体(按照部分约束模型，在形变时其晶界处的约束条件减少至3个)的几何特征，其晶界约束条件较普通多晶组织少，将有利于晶界变形的协调。谢(谢建新,王宇,黄海友.连续柱状晶组织铜及铜合金的超延展变形行为与塑性提高机制[J].中国有色金属学报,2011,21(10):2324-2336.)等研究连续柱状Cu合金超延展性变形行为时就认为柱状晶组织的高取向性、平直的低能小角度晶界是其塑性提升、具有超延展变形能力的主要原因。但FCC结构的Cu，室温下独立的滑移系就有12个。因而从理论上预期减少晶界约束条件的柱状晶组织对室温下仅有2个独立滑移系的HCP结构镁合金塑性提升将更具有深刻意义。

发明内容

本发明旨在提供一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金及其制备方法，以提高镁合金的性能。

本发明的技术方案：

一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金，该镁稀土合金主要以纯镁、Mg-30Gd、Mg-30Y中间合金为原料，按Gd为6.00～6.60％、Y为0.50～0.56％、余量为镁的质量百分比，采用定向凝固技术制备获得。

一种具有室温高塑性定向凝固的镁稀土合金的制备方法，具体过程如下：

(1)准备原料：纯度99.99％的纯镁、Mg-30Gd(wt.％)和Mg-30Y(wt.％)中间合金；其中，各原料按质量百分比计：Gd为6.00～6.60％，Y为0.50～0.56％，余量为镁；

(2)将原料分割成小块，将分块的原料置于中频感应加热炉石墨坩埚中，抽真空，充保护气，开启熔炼系统与保温系统，进行熔炼得到合金液；

(3)将所得合金液浇入配有水冷系统及下拉系统的石墨套中，石墨套完全置于保温系统中，浇完即开启下拉系统的伺服电机，合金液即从石墨套底端连接水冷系统的铜制激冷台处开始凝固，伺服电机带动石墨套以恒定速度拉出保温系统；通过调整热挡板厚度、冷却液液面至激冷台位置、冷却介质来调整固/液界面前沿的温度梯度，使合金液至下而上定向凝固，通过控制伺服电机下拉速度来控制凝固速度，使具有特定取向的晶粒择优生长，最终得到具有柱状晶组织的镁稀土合金。

所述步骤(2)中，真空度为0.05Pa，保护气为Ar。

所述步骤(3)中，激冷台温度恒定2℃。

所述步骤(3)中，固/液界面前沿的温度梯度为400K/cm；凝固速度为70μm/s。