[发明专利]一种长周期结构强化的高强耐热镁合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种镁合金，其包括以下质量百分数的元素：Gd：6.5wt％～8.0wt％；Y：1.0wt％～2.2wt％；Zn：0.2wt％～0.6wt％；Cu：0.3wt％～0.6wt％；Zr：0.1wt％～0.5wt％；杂质元素Si、Fe、Ni均不大于0.02wt.％，余量为Mg；所述(Gd+Y)/(Zn+Cu)的质量百分数的比为10～20:1。本发明的长周期结构强化的高强耐热镁合金，通过对合金成分进行设计和改进，获得具有优异中高温强化效果的长周期相，通过大变形量挤压工艺进一步细化晶粒尺寸，结合时效处理充分发挥该合金的第二相强化效应，本发明方法具有工艺简单、易于操作的优点。

技术领域

本发明涉及对金属冶炼技术领域，特别涉及一种长周期结构强化的高强耐热镁合金及制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，具有较高的比强度和比刚度、阻尼吸震性能优越、易于回收利用等优点，被誉为“21世纪绿色结构材料”。但是，镁合金强度的不足和耐热性的不佳严重阻碍了镁合金在航空航天、军工及其它行业中替代铝合金等材料的步伐。

现有耐热镁合金主要通过下述手段来实现提高镁合金热强性的目的：(1)引入热稳定性高的第二相；(2)降低元素在镁基体中的扩散速率；(3)改善晶界结构状态和组织形态。在镁合金中添加的合金元素中，稀土是提高镁合金耐热性能最有效的合金元素，主要原因稀土元素在镁中具有较大的固溶度极限，而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点稀土化合物相。这些高熔点析出相在高温时可以有效钉扎晶内位错和晶界滑移，使材料在中高温度下仍然能够保持较稳定的力学性能。目前最常用的商用耐热镁合金为WE54合金(Mg-5％Y-2％Nd-2.0％HRE-0.5％Zr，wt.％)，其中HRE是混合重稀土元素，如Tb、Er、Dy和Gd。WE54合金是目前商业上高温力学性能最好的镁合金，耐热温度可达250℃，然而该合金在中高温使用时强度仍不足，难以满足高温环境服役的轻量化结构件的性能要求。国内曾开发一些含稀土耐热镁合金，如中国专利申请(公开号：CN1962914A)公开了一种含稀土镁合金，该稀土铸造镁合金包括6wt％～15wt％Gd；2wt％～6wt％Sm；0.35wt％～0.8wt％Zr；余量为镁及杂质，杂质Si、Fe、Cu和Ni的总含量小于0.02％。该合金的耐热性随着温度的升高明显降低，此外该合金在高温强度不足。如中国专利申请(公开号：CN102676895B)公开了一种含稀土铸造镁合金，由0.1～5％的Sr、1～20％的Si、0.1～2％的Ca和余量的Mg，但该合金的高温强度明显不足。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在镁合金强度的不足和耐热性的不佳的问题，提供一种长周期结构强化的高强耐热镁合金及其制备方法。近年来高强度稀土镁合金研究的一个重要发现是在Mg-RE(RE＝Y，Gd，Tb，Dy，Ho，Er或Tm)镁合金中加入一定量的Zn或Cu或Ni元素，会形成长周期相(LPSO)，包含这种长周期相的镁合金具有良好的室温强度和高温强度。因此通过合金成分设计、热处理工艺和热加工工艺调控长周期相的组织结构，有望替代传统的WE54耐热镁合金，推动汽车、交通、航空航天等领域中的结构件轻量化。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种镁合金，其包括以下质量百分数的元素：

Gd：6.5wt％～8.0wt％，优选7.0wt％～7.5wt％；

Y：1.0wt％～2.2wt％，优选1.5wt％～2.0wt％；

Zn：0.2wt％～0.6wt％，优选0.3wt％～0.5wt％；

Cu：0.3wt％～0.6wt％，优选0.3wt％～0.5wt％；

Zr：0.1wt％～0.5wt％，优选0.1wt％～0.3wt％；

杂质元素Si、Fe、Ni均不大于0.02wt.％，优选不大于0.015wt.％，余量为Mg；